INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ INGENIERA QUMICA

REVISIN Y PROPUESTA DE PROYECTO DE UNA PLANTA PRODUCTORA DE HARINA DE PESCADORESIDENCIA PROFESIONAL

Presenta: Jos Manuel Valdez Patrinos No. Control: 06270496

Empresa: Maya Gold S.P.R. de R.L. de C.V.

Nombre del Titular de la Empresa: Laura Patricia Vias Gonzlez

Asesor Interno: Ing. Jos Luis Escobar Villagrn

Revisores: Ing. Rodrigo Ferrer Gonzlez Ing. Wilbert Morgan Blanco Carrillo

Tuxtla Gutirrez, Chiapas. Junio del 2011.

INDICEINTRODUCCIN6 NOMBRE DEL PROYECTO..7 OBJETIVO DEL PROYECTO.7 OBJETIVOS ESPECIFICOS DEL PROYECTO7

BASES DE DISEO 1. GENERALIDADES.8 1.1. NOMBRE DEL PROYECTO.8 1.2. JUSTIFICACION DEL PROYECTO8 1.3. LOCALIZACIN...8 1.4. DATOS CLIMATICOS DEL MUNICIPIO10 1.4.1. ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR..10 1.4.2. DIRECCION DE LOS VIENTOS.11 1.4.3. VELOCIDAD DE LOS VIENTOS12 1.4.4. HUMEDAD RELATIVA.13 1.4.5. TEMPERATURA DEL LUGAR14 1.4.6. PRECIPITACIN..15 1.5. DESCRIPCION DE LA PLANTA.15 2. CAPACIDAD Y RENDIMIENTO DE LA PLANTA..17 3. ESPECIFICACIONES DE LA ALIMENTACION ..18 3.1. CARACTERSTICAS DEL PESCADO18 3.2. CARACTERSTICAS DEL HYPOSTOMUS PLECOSTOMUS.................................19 3.3. CONSERVACION DE LA MATERIA PRIMA .20 3.4. FORMA DE LLEGADA A LA PLANTA21 3.5. MANEJO Y ALMACENAMIENTO ..21 4. ESPEFICIFACIONES DE LOS PRODUCTOS Y/O SUBPRODUCTOS.21 4.1. COMPOSICION GENERAL DE LA HARINA DE PESCADO21 4.2. CALIDAD DE LA HARINA DE PESCADO.22 4.3. MANIPULACION, ALMACENAMIENTO

2

4.4. 4.5. 4.6.

Y FORMA DE TRANSPORTE DE LA HARINA DE PESCADO26 CARACTERSTICAS DEL ACEITE DE PESCADO..27 CALIDAD DEL ACEITE DE PESCADO28 ALMACENAMIENTO DEL ACEITE DE PESCADO..29

5. CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS INSUMOS.30 5.1. AGUA PARA PROCESO30 5.1.1. PROPIEDADES FISICOQUIMICAS.30 5.1.2. CARACTERSTICAS 30 5.1.3. ABASTECIMIENTO DE AGUA.31 5.2. COMBUSTIBLE GAS LP.31 5.2.1. CARACTERSTICAS FISICAS, QUIMICAS Y TRMICAS.31 5.2.2. PRECIO DEL GAS LP.32 5.2.3. FORMA DE ALMACENAMIENTO.33 5.3. AGUA PARA SERVICIOS..34 5.4. CARACTERSTICAS DEL AGUA PARA CALDERAS.36 5.4.1. CARACTERSTICAS PARA EL AGUA DE PROCESOS Y ENFRIAMIENTO36 6. EFLUENTES (AGUAS RESIDUALES PROPIAS DEL PROCESO)37 7. NORMATIVIDAD..38 7.1. NORMAS OFICIALES PARA LA CALIDAD DEL AGUA EN MXICO39 7.2. PARAMETROS A CUMPLIR EN DESECHOS INDUSTRIALES .40 8. BALANCE DE MATERIA DEL PROCESO (MEMORIA DE CALCULO)..41 9. REQUERIMIENTO DE ENERGIA EN EL PROCESO45 9.1. DISEO TERMICO EN EL COCEDOR CON TRANSPORTADOR HELICOIDAL A VAPOR INDIRECTO..45 9.1.1. CALCULO DE PERDIDAS DE CALOR, Qp.46 9.1.1.1. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIN.49 9.1.1.2. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN.49 9.1.1.3. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION..49 9.1.1.4. RESISTENCIA DE LA PELICULA DE CONDENSADO SOBRE LA PARED DE LA CHAQUETA50 9.1.1.5. RESISTENCIA POR CONDUCCIN EN LA PARED DE LA CHAQUETA.51

3

9.1.1.6. RESISTENCIA POR CONDUCCIN DEL AISLANTE52 9.1.1.7. RESISTENCIA POR CONVECCIN AL AIRE52 9.1.1.8. CARGA TERMICA DE LA CHAQUETA ..54 9.1.1.9. CALCULO DE Qp ..55 9.1.2. DETERMINACION DE LAS TEMPERATURAS DE PARED ..56 9.1.2.1. CORRECCION DE LA TEMPERATURA DE PARED EN LA CHAQUETA Y ARTESA56 9.1.2.2. CALCULO DE LA TEMPERATURA DE PARED INTERNA DEL AISLANTE.57 9.1.2.3. CORRECCION DE LA TEMPERATURA DE PARED EXTERNA DEL AISLANTE.57 9.1.3. CALOR SENSIBLE DEL PESCADO, Qs 58 9.1.4. CALCULO DEL FLUJO DE CALOR TOTAL EN EL COCEDOR .59 9.1.5. SUPERFICIE REAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR..61 9.1.5.1. RESISTENCIA DE LA PELICULA DE CONDENSADO SOBRE LA PARED DE LA ARTESA61 9.1.5.2. RESISTENCIA POR CONDUCCIN DE LA ARTESA63 9.1.5.3. RESISTENCIA DEL PESCADO EN COMBINACIN CONDUCCIN-CONVECCIN..63 9.1.5.3.1. CALCULO DEL NUMERO DE FOURIER67 9.1.5.3.2. CALCULO DE LA TEMPERATURA ADIMENSIONAL TRANSITORIA..67 9.1.5.3.3. CALCULO DEL COEFICIENTE CONVECTIVO DE TRANSFERENCIA DE CALOR.68 9.1.5.4. CALCULO DE LA SUPERFICIE REAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR..68 9.1.6. REQUERIMIENTO DE VAPOR EN EL COCEDOR 73 9.1.7. REQUERIMIENTO DE VAPOR EN EL EVAPORADOR74 9.1.8. REQUERIMIENTO DE VAPOR EN EL EQUIPO DE CALENTAMIENTO DE AIRE..74 9.1.9. REQUERIMIENTO TOTAL DE VAPOR74

10. DISEO MECNICO DEL COCEDOR CON TRANSPORTADOR HELICOIDAL A VAPOR INDIRECTO75 10.1. INTRODUCCIN..75 10.2. SELECCIN DEL TRANSPORTADOR75 10.3. TRANSPORTADORES DE TORNILLO HELICOIDAL .78

4

10.4. PARTES QUE INTEGRAN UN TRANSPORTADOR HELICOIDAL..80 10.5. DISEO MECNICO .83 10.5.1. CAPACIDAD REQUERIDA .84 10.5.2. CLASIFICACION DEL MATERIAL ..84 10.5.3. SELECCIN DEL DIMETRO Y VELOCIDAD REQUERIDA.86 10.5.4. DIMENSIONAMIENTO GENERAL 88 10.5.5. FACTOR D ..88 10.5.6. CALCULO DE LA POTENCIA MNIMA REQUERIDA .90 10.5.7. SELECCIN DEL SENTIDO DE GIRO DEL HELICOIDE .92 10.5.8. DISEO BASICO DEL TRANSPORTADOR (LAYOUT) ..93 10.5.9. ENSAMBLE TIPICO DE LA UNIDAD DE IMPULSION (MOTOR) ...95 10.5.10. DESCRIPCION Y DATOS DE PIEZAS PARA DIMENSIONAMIENTO .97 10.5.10.1. SECCION DE LAS ASPAS (HELICOIDE) DEL TRANSPORTADOR HELICOIDAL 97 10.5.10.2. DISEOS ESPECIALES DEL TRANSPORTADOR HELICOIDAL .99 10.5.10.3. TUBOS DE ACOPLAMIENTO (COPLES) 100 10.5.10.4. PERNOS Y FLECHAS DE ACOPLAMIENTO .100 10.5.10.5. FLECHAS FINAL Y DE MANDO ....103 10.5.10.6. PERCHAS O COJINETES DE SUSPENSION .104 10.5.10.7. COJINETES DE LA TRANSMISION EN LAS BRIDAS ..105 10.5.10.8. TAPAS DE LA ARTESA ...106 10.5.10.9. ARTESA CON DOBLE BRIDA ..107 10.5.10.10. CUBIERTAS DE LA ARTESA .108 10.5.10.11. PIES DE APOYO Y SILLAS DE MONTAR PIES DE APOYO INTERMEDIOS ..109 10.5.10.12. ABERTURAS PARA LA ALIMENTACION Y DESCARGA DEL MATERIAL .111 10.5.10.13. DISEO DE LOS ESPESORES DE PARED .112 10.5.10.13.1. PRESIN DE OPERACIN, Po .113 10.5.10.13.2. PRESIN DE DISEO, P ..113 10.5.10.13.3. ARTESA .114 10.5.10.13.4. CHAQUETA .119 11. ANEXOS ...122 12. BIBLIOGRAFIA ...123

5

INTRODUCCION

En el presente trabajo se aborda la propuesta para la realizacin del proyecto de harina de pescado en base a la especie hypostomus plecostomus, o coloquialmente conocida como pez diablo, la cual es considerada hoy en da como una plaga en la zona norte del estado de Chiapas, limitando la pesca fructfera del resto de especies que se destinan para el consumo humano, caso opuesto de la especie en cuestin. En la actualidad aun no se encuentra montada de manera completa la planta, tal como los equipos, adems del resto de las instalaciones, nicamente se encuentran presentes un par de equipos, es por eso que en el presente trabajo se propone llevar a cabo la trayectoria de procesamiento tpica de las plantas productoras de harina de pescado mas importantes y destacadas a nivel mundial, que vendrn a complementar a los equipos ya existentes, adems del proyecto completo, del que se pretende realizar la ingeniera propia del proceso, conjunto al resto de los equipos y evaluar el optimo funcionamiento de los ya existentes. Con ello se pretende obtener un producto de buena calidad e innovador para la regin. Se muestra, adems, la recopilacin y seleccin de una serie de datos estadsticos y bibliogrficos para la realizacin de las bases de diseo del presente proyecto, desde la ubicacin geogrfica de la planta hasta propiedades fisicoqumicas de la materia prima, productos e insumos. Tambin se integra el diseo trmico y mecnico de uno de los equipos propuestos para el proceso, como lo es el de un cocedor a base de un transportador helicoidal ( de tornillo sinfn), que suministrar el calentamiento indicado a la materia prima indirectamente mediante vapor de agua. Adems, se anexan los diagramas de proceso y de servicios auxiliares.

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PROPUESTA DE PROYECTO PARA LA PRODUCCION DE HARINA DE PESCADO

NOMBRE DEL PROYECTO Revisin y Propuesta de Proyecto de una Planta de Harina de Pescado.

OBJETIVO DEL PROYECTO Evaluar una planta de harina de pescado que parcialmente esta construida, y con ello proponer un proyecto para la complementacin de la misma, coherente con los requerimientos de calidad de harina de pescado en la zona.

OBJETIVOS ESPECFICOS DEL PROYECTO 1. Bases de diseo para el proyecto

2. Propuesta de proyecto para la planta de harina de pescado, tomando en consideracin las bases de diseo.

3. Realizar el balance de materia del proceso.

4. Diseo de un cocedor de transportador helicoidal con calentamiento a vapor indirecto.

5. Propuesta de modificacin del proceso, o bien, de los equipos que integran el mismo.

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BASES DE DISEO1.- GENERALIDADES

NOMBRE DEL PROYECTOPropuesta de proyecto para la produccin de harina de pescado (hypostomus plecostomus).

JUSTIFICACION DEL PROYECTOAproximadamente un tercio del total de capturas mundiales de pescado3 (del orden de centenares de millones de toneladas en la actualidad) no se emplea para el consumo directo en la alimentacin humana, sino para la elaboracin de subproductos de pescado. Dentro de ello se encuentra la produccin de harina y aceite de pescado, que constituyen el principal mtodo de aprovechamiento de las capturas mundiales de pescado no comestible. Como el pescado se altera con mucha rapidez, de no existir la produccin de harina de pescado, es difcil imaginarse cmo cantidades tan grandes de productos tan fcilmente alterables podran producirse de una forma relativamente barata y transportarse a todo el mundo. Es por ello que el pez diablo (Hypostomus Plecostomus), una especie considerada nociva y que ha proliferado prcticamente como una plaga en algunos sistemas lagunarios de la entidad, empezar a ser explotado y procesado como harina, instalando la primer planta que realice este tipo de aprovechamiento. Con esto no slo se contribuye al desarrollo del sector pesquero, sino a mejorar las condiciones ambientales, tanto de las especies que conviven con el pez diablo en los sistemas lagunarios como para la poblacin, que se queja de la contaminacin y los malos olores que se producen al encontrar pez diablo a las orillas de las lagunas que fueron pescados por equivocacin y que son abandonados en el lugar.

LOCALIZACIN1Calle Abraham Lincoln s/n, col. Guadalupe; Catazaj, Chiapas.

8

IMAGEN 1. Elevacin: 1.13 km

1

. Google Earth. Sistema de Informacin Geogrfica.

3

. Introduccin a los subproductos pesqueros, Malcolm Windsor y Stuart Barlow.

9

IMAGEN 2. Elevacin: 181 m

Coordenadas al centro del terreno: 174332.12 N, 920041.63 O.

DATOS CLIMTICOS DEL MUNICIPIO2

ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR (A.S.N.M.): 7 msnm.

Los sig. datos climticos fueron obtenidos de la estacin meteorolgica Paraso, ubicada en Paraso, Tabasco, ya que no se encuentran datos disponibles para el municipio de Catazaj, y por sus caractersticas geogrficas y climatolgicas similares entre ambos municipios.2

. Servicio Meteorolgico Nacional (SMN).

10

DIRECCIN DE LOS VIENTOS (en funcin a la hora de medicin):

IMAGEN 3 DIRECCION DEL VIENTO PREDOMINANTE: ESTE-NORESTE.

11

VELOCIDAD DE LOS VIENTOS (en funcin a la hora de medicin):

IMAGEN 4 Magnitud mas elevada de hasta casi 8.5 km/hr. Promedio de la velocidad de los vientos: 6 km/hr

12

HUMEDAD RELATIVA (con una considerable relacin a la hora de medicin):

IMAGEN 5

13

o TEMPERATURA DEL LUGAR:

IMAGEN 6

14

o PRECIPITACIN:

IMAGEN 7

DESCRIPCION DE LA PLANTAEn la actualidad aun no se encuentra montada la planta, tal como lo son equipos y otros servicios indispensables, nicamente se encuentran presentes un par de ellos, como lo es la instalacin elctrica, sistema de alcantarillado y agua potable, adems de algunos equipos del proceso como por ejemplo un secador rotatorio, un molino de martillos, un silo de dimensiones pequeas, una lavadora de cadenas y un elevador de banda.Como se mencion anteriormente, el objetivo de este trabajo es proponer la alternativa mas viable y optima para llevar a cabo la produccin de harina de pescado con los parmetros indicados para su competitividad en el mercado, es por eso que a continuacin se presenta de manera resumida la trayectoria del proceso utilizada en plantas de magnitud considerable. De forma representativa, la trayectoria del proceso se presenta en el Diagrama de Bloques del Proceso (Anexo I) y esquematizada en el Proceso de Produccin (Anexo II).

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ETAPA

PROCEDIMIENTOSe recibe el pescado, se comprueba que se encuentre fresco, y de ser aceptado, se pesa y se incursiona al proceso. Con la coccin del pescado, se produce la coagulacin de las protenas, liberando adems el contenido de aceite y agua. Tambin esteriliza a la materia prima, inhibiendo la actividad enzimtica y microbiana. El objetivo es la separacin del contenido de solidos (torta de prensado), del de agua con aceite (liquido de prensado), de tal forma que sea pobre ste en componentes solidos. En los lquidos de prensado aun presentan un contenido considerable de solidos que no se pudieron separar. Al decantar este lquido, se consigue separar aun ms los solidos que se encuentran suspendidos. Los solidos se incorporan a la torta de prensado. Con la accin de un tambor de centrifugacin, se separan los diversos componentes del liquido de prensado: solidos solubles e insolubles, agua y aceite por diferencia de densidades. Es en esta etapa donde el aceite de pescado es separado para su posterior almacenamiento. La mezcla de agua, solidos y una cantidad remanente de aceite (liquido de cola) se dirige a evaporacin. La evaporacin consiste en la eliminacin de vapor de un soluto, es decir, su concentracin. El lquido de cola es concentrado para que a la salida de esta etapa, se integre junto con la torta de prensado a su posterior secado. Esta etapa es vital, ya que evita grandes descargas residuales e incorpora una cantidad considerable de aceite y materia proteica al producto final, evitando perdidas. A la torta de prensado, junto con el liquido concentrado, se les elimina una considerable cantidad de agua remanente, quedando con un contenido de humedad bajo, evitando el posible crecimiento microbiano y deterioro del producto.

1. RECEPCION DE LA MATERIA PRIMA

2. COCCION

3. PRENSADO

4. DECANTACION

5. CENTRIFUGACION

6. EVAPORACIN

7. SECADO

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2.- CAPACIDAD Y RENDIMIENTO DE LA PLANTA

o Capacidad mxima de operacin: 30 ton/da o El pescado se ingresar inmediatamente al proceso al momento de su recepcin, para evitar su almacenamiento, procurando con ello la posible descomposicin del mismo. o La planta esta contemplada para su operacin los 12 meses del ao, con sus correspondientes intervenciones para mantenimiento (segn sea el caso y necesario) y correcciones en la lnea del proceso, servicios auxiliares y dems reas integrantes. o La jornada de trabajo esta estimada para 8 hrs. cada da. o El proceso de produccin ser semicontinuo, ya que unos equipos trabajaran de manera continua, mientras que otros lo harn por cargas, es decir, por lotes.

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3.- ESPECIFICACIONES DE LA ALIMENTACIN

CARACTERSTICAS DEL PESCADOPrcticamente cualquier pescado o molusco puede emplearse para la elaboracin de harina de pescado. El valor nutritivo de las protenas de las especies de los peces vertebrados se diferencia muy poco entre si. A continuacin se presenta una tabla con la composicin media aproximada.

Tabla 13: Composicin media aprox. (% m/m) de algunas especies de pescado (toda la canal) ESPECIE NOMBRE CIENTIFICO Gadus morhua Merluccius merluccius Engraulis ringens Clupea harengus Sardinops ocellata Scomber scombrus Scomber scombrus Trachurus trachurus PROTEINA (%) GRASA (%) AGUA (%)

Bacalao Merluza

16 17

3 2

79 79

Anchoveta

18

6

73

Arenque

18

8

73

Sardina

18

9

69

Caballa

15

27

56

Mackerel

18

6

74

Chicharro

16

17

63

18

Anguila de arena Espadn

Ammodytes sp.

18

7

73

Sprattus sprattus

15

8

75

Como se observa, la mayor parte de las especies explotadas poseen un contenido en protena sorprendentemente constante (oscilando entre el 2 3% del 16% promedio). Esto significa que la harina obtenida con cada una de ellas poseer un contenido proteico muy semejante. Las especies de pescado poseen, de hecho, un contenido en aceite y humedad que si es variable pero que, generalmente hablando, uno influye sobre el otro ya que el aceite se halla presente a expensas del agua y no de la protena.

CARACTERSTICAS DEL HYPOSTOMUS PLECOSTOMUS:Esta especie de pez cuenta con las mismas propiedades nutritivas que cualquier otra especie comercial3, las cuales se presentan a continuacin: Tabla 2*. Composicin promedio (% m/m) del pez diablo ESPECIE NOMBRE CIENTIFICO Hypostomus plecostomus PROTEINA (%) GRASA (%) AGUA (%)

Pez diablo

18

12

70

Con estos datos se puede verificar que el pez diablo se encuentra dentro del rango de porcentajes establecidos en la Tabla 1 para las especies que se destinan al procesamiento de harina de pescado. Otros datos para cuestiones trmicas se dan a continuacin:

3

. Introduccin a los subproductos pesqueros, Malcolm Windsor y Stuart Barlow.

*

. Estos valores fueron obtenidos de manera experimental a nivel laboratorio, dentro de las instalaciones del Instituto Tecnolgico de Tuxtla Gutirrez.

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Tabla 35. Datos trmicos, fsicos y de transporte del Hypostomus plecostomus. ESPECIE % agua en masa 79 T. ref.(C)

r(kg/m3)

.ap(kg/m3)

Cp(kJ/kg.K)

k(W/m.C)

v(m2/seg)

(m2/seg)

Bacalao

3

1180

479.68

3.71

0.534

1.2e-7

1.2e-7

Esta especie generalmente se encuentra en mayor densidad en los fondos de las lagunas (especies demersales), ya que, como se aprecia en la Tabla 2, contiene una ligera proporcin mayor de aceite al resto de las especies. Cabe sealar que el pez diablo tiene una apariencia desagradable a la vista por lo que usualmente no es usado para consumo humano, razn por la cual ha proliferado en algunos lagos de Chiapas como el de Catazaj, provocando un decremento en las poblaciones de especies comerciales y afectando el hbitat.

CONSERVACION DE LA MATERIA PRIMAEl pescado crudo es un recurso muy alterable y cuando se altera sufre una hidrolisis qumica con perdida de solidos y de aceite, se hace mas peligrosa su descarga y mas difcil su procesamiento. Durante la misma se producen adems, malos olores que resultan difciles de eliminar. En los casos ms extremos, el pescado se transforma, en tan slo unas horas, en una pasta casi imposible de elaborar. En resumen, la solucin al problema de la alteracin del pescado se basar en su inmediata elaboracin tras su captura, en un posible almacenamiento en refrigeracin durante breves periodos de tiempo, aunque una alternativa amplia es la utilizacin de conservadores qumicos. La conservacin de pescado es pues un asunto de vital importancia, ya que, si no se evita su alteracin, se producen importantes prdidas en el rendimiento de la harina y en la cantidad y calidad de aceite; se presentan tambin dificultades durante la elaboracin y se exacerban los problemas de contaminacin al aire durante estos procesos. Adems, si desde el desembarco del pescado esta muy alterado, resultar peligroso por la posible presencia de gases txicos.

5

.Procesos de Transferencia de Calor, Yunus Cengel. Estos datos fueron seleccionados por disponibilidad bibliogrfica, excepto r y .ap (densidad real y aparente, respectivamente), los cuales fueron obtenidos experimentalmente.

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FORMA DE LLEGADA A LA PLANTACuanto mas fresca es la materia prima, menor olor se produce durante la fabricacin. Los recipientes empleados para el transporte de la materia prima deben poseer tapas, no tener fugas, ser resistentes a la corrosin y de fcil limpieza y vaciado. Estos recipientes deben lavarse continuamente para evitar la acumulacin de residuos malolientes y generacin de microorganismos patgenos. Los almacenes de la planta deben poder limpiarse con facilidad y deben ser de capacidad adecuada a su produccin. Deben adems mantenerse frescos. Estos almacenes no deben sobrecargarse y una vez llenados deben mantenerse cerrados tratando adecuadamente cualquier aire de ventilacin eliminado a la atmsfera.

MANEJO Y ALMACENAMIENTOEn el diseo de los almacenes, debe tenerse en cuenta su facilidad de limpieza y la eliminacin de rincones o esquinas donde pueda acumularse suciedad. Los lquidos de drenaje de las pilas de pescado deben recogerse, y de ser posible, incorporarse al proceso; si ello no es posible deben eliminarse de la planta tomando las oportunas precauciones. Las manchas producidas por el contacto del pescado o lquidos de drenaje del mismo con paredes o suelos deben eliminarse de inmediato, lavndolas cuidadosamente. En lo que refiere al producto acabado, debe almacenarse siempre que sea posible en ambientes frescos y secos.

4.- ESPECIFICACIONES DE LOS PRODUCTOS Y/O SUBPRODUCTOS3

COMPOSICION GENERAL DE LA HARINA DE PESCADOLa mayor parte de la harina de pescado se emplea en la alimentacin de cerdos y aves, aunque existe tambin un mercado especializado relativamente pequeo para la alimentacin de peces, animales de compaa y visones. Su calidad se suele concretar en los trminos de los contratos, especificando niveles mnimos de protena y mximos de grasa, humedad, sal y arena. Se suele tambin especificar que la harina de pescado no debe contener salmonellas. En la sig. tabla se relacionan valores medios de protena,

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grasa, humedad y sales de algunas de las mas importantes harinas de pescado del mercado mundial. Tabla 4. Medias aritmticas y desviaciones estndar del contenido en protena, aceite, humedad y sales, de harinas de pescado de diversas especies. TIPO DE HARINA ORIGEN PROTEINA (% m/m) FRACCION DEL ACEITE SOLUB. EN ETER ETILICO (% m/m) 9.7 1.6 7.5 1.8 11.3 1.2 9.7 1.4 9.7 0.5 6.3 2.8 3.4 0.8 4.5 8.5 4.5 6.8 HUMEDAD (% m/m) SAL (% m/m)

Arenque Arenque Caneln Anchoa/Sardina Anchoa Pescado blanco Pescado blanco Pescado blanco Pescado Pescado+

Reino Unido Noruega Islandia Sudfrica Per Sudfrica Islandia Reino Unido Alemania Blgica

72 2.01+ 71.9 2.8 66.4 1.6 66.1 1.9 66.4 0.8 64.0 3.3 65.8 1.7 64.5 60.4 2.0 65.0

7.7 1.3 8.4 1.8 8.5 0.7 10.1 1.6 8.6 0.5 7.6 2.5 7.0 0.6 10.0 10.5 2.1 ______

1.4 0.4 1.3 0.5 2.1 0.3 2.9 0.6 ______ 2.4 0.9 1.9 0.3 ______ ______ 3.5

. Desviacin estndar

o CALIDAD DE LA HARINA DE PESCADOEste es un concepto muy difcil de definir en trminos qumicos y naturalmente incluye los niveles exigidos de protena, grasa, humedad, sal y arena, pero va incluso ms all. Un comprador que reciba una harina de pescado que cumpla todas estas especificaciones, pero que no asegure el crecimiento satisfactorio de su ganado o que incluso provoque su mortalidad, reclamar que la harina no era de buena calidad y homognea. Sin embargo,

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estas reclamaciones son difciles de probar en un eventual litigio principalmente porque la harina de pescado no era el nico ingrediente de la dieta. La mala conversin o incluso la mortalidad podran estar producidas tambin por cualquiera del resto de los ingredientes o incluso no tener nada que ver con la alimentacin. Por ello, los anlisis de los piensos han intentado ir mas all de las especificaciones de contenido mnimo de protena, grasa, humedad, sal y arena tratando de definir todava mas la calidad de la harina de pescado utilizando parmetros tales como ndice de perxidos, cidos grasos libres, composicin en aminocidos, digestibilidad por la pepsina, y contenido en lisina disponible. En la sig. tabla se muestra la composicin en aminocidos de algunas protenas de varias de las harinas de pescado ms corrientes, siendo los mas importantes, por lo que a los cerdos y aves se refieren son la lisina y la metionina.

Tabla 5. Media aritmtica del contenido total en aminocidos (gr/16 gr de N) de diversas harinas de pescado (determinados principalmente mediante cromatografa de intercambio inico). Harinas de Arenque Harinas de anchoa Harinas Harinas de de sardina desperd. y caballa de tnidos (diversas especies) 7.94 2.71 0.95 1.02 3.02 5.95 4.38 5.41 7.30 2.75 0.79 1.05 3.41 6.43 4.34 5.31 Harinas de sbalo Harinas de pescado blanco

Lisina Metionina Cistina Triptfano Histidina Arginina Treonina Valina

7.73 2.86 0.97 1.15 2.41 5.84 4.26 5.41

7.75 2.95 0.94 1.20 2.43 5.82 4.31 5.29

7.56 2.82 0.9 1.07 2.32 6.04 3.97 5.10

6.90 2.60 0.93 0.94 2.01 6.37 3.85 4.47

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Isoleucina Leucina Fenilalanina Tirosina Acido asprtico Serina Acido glutmico Prolina Glicocola Alanina Protena bruta (%) Humedad (%) Cenizas (%)

4.49 7.50 3.91 3.13 9.10

4.68 7.62 4.21 3.40 9.49

4.48 7.30 3.91 3.23 9.37

4.46 7.20 4.10 3.28 9.30

4.40 7.14 3.95 3.22 9.07

3.70 6.48 3.29 2.60 8.54

3.82 12.77

3.84 12.96

4.27 12.92

4.18 11.93

3.61 12.70

4.75 12.79

4.15 5.97 6.25 73.6

4.17 5.62 6.31 65.4

4.52 6.92 6.17 65.4

5.43 8.15 6.76 53.24

4.58 6.78 5.94 62.01

5.34 9.92 6.31 65.01

6.93

8.01

9.0

6.20

8.25

8.49

20.92

La harina de pescado tambin es una fuente rica en vitaminas y minerales que juegan un importante papel en la nutricin animal. En las sig. tablas se relacionan el contenido de algunas de las vitaminas del grupo B en varias harinas de pescado, adems de los contenidos normales en algunos de los minerales esenciales. Los minerales mas importantes al respecto son el calcio y el fosforo, que frecuentemente tienen que suplementarse a los piensos para asegurar el desarrollo normal de huesos, cscara del huevo, etc.

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Tabla 6. Contenido en diversas vitaminas B de algunas harinas de pescado. Vitamina (ppm) Anchoa de Per Arengue noruego 30.6 Pescado blanco Sbalo

Acido pantotnico Riboflavina Niacina Acido flico Colina B12 Biotina

9.3

15

8.8

6.6 95 0.16 4400 0.18 0.26

7.3 126 0.5 4400 0.25 0.42

6.5 50 0.5 4400 0.07 0.08

4.8 55 NA 4400 0.06 0.26

Tabla 7. Contenido en minerales esenciales de diversas harinas de pescado. Elemento Anchoa de Per Arengue noruego 10.1 1.95 1.50 0.42 0.11 1.20 150 5.4 120 Pescado blanco Sbalo

Cenizas (%) Calcio (%) Fosforo (%) Sodio (%) Magnesio (%) Potasio (%) Hierro (ppm) Cobre (ppm) Cinc (ppm)

15.4 3.95 2.60 0.87 0.25 0.65 246 10.6 111

20.0 8.0 4.8 NA 0.15 0.9 300 7 100

18.0 5.26 2.98 0.34 0.14 0.72 438 11.4 151

25

Manganeso (ppm) Yodo (ppm) Selenio (ppm)

9.7

2.4

10

35.6

NA 1.39

2.4 2.78

NA 1.50

NA 2.22

o MANIPULACIN, ALMACENAMIENTO Y FORMA DE TRANSPORTE DE LA HARINA DE PESCADOEn lo que refiere al producto acabado, debe almacenarse siempre que sea posible en ambientes frescos y secos. Las cintas transportadoras (de existir) y la trituracin del producto acabado pueden dar lugar a la formacin de una cantidad considerable de polvo de harina de pescado. Es preciso procurar limitar la formacin de este polvo a un solo recinto que debe limpiarse con frecuencia. La harina de pescado que no se transporta a granel se suele envasar en sacos de plstico, de arpillera o de papel. La eleccin del saco mas adecuado depende del material en cuestin, de la distancia y el sistema de transporte, de las condiciones probables durante el mismo y de las preferencias del cliente. Los sacos sellados, que protegen al producto de la accin del aire y de la humedad poseen la ventaja de que evitan la oxidacin, por lo que en ellos la harina puede envasarse mas apretada ya que no existe riesgo de calentamiento. Adems, la harina de pescado envasada de esta forma, no se percibe por el olor y resiste la lluvia. Sin embargo, estos sacos son mas frgiles a posibles perforaciones, se escapan mas fcilmente de las manos y son mas difciles de apilar. Los sacos de arpillera son permeables al agua y al aire y son menos resistentes a las contaminaciones pero se apilan bien y permanecen estables.

26

CARACTERSTICAS DEL ACEITE DE PESCADO

IMAGEN 7 La mayor parte de los aceites de pescado existentes en el mercado mundial son aceites obtenidos a partir de la totalidad de la canal de peces pelgicos, por presin, separando de esta forma el aceite principalmente almacenado en el cuerpo de los mismos. Los aceites de pescado estn constituidos principalmente por triglicridos que, como el propio nombre indica, estn formados por tres acidos grasos unidos a la molecula de glicerina (IMAGEN 7). En esta forma, la acidez del acido graso esta contrarrestada por las caractersticas alcalinas de glicerina dando lugar as a un aceite neutro. La rotura de la unin entre la glicerina y los cidos grasos da lugar a la liberacin de cidos grasos libres, cuya presencia en el aceite es comercialmente indeseable. Los cidos difieren entre si por la longitud de su cadena y el grado de instauracin. La especie de pescado generalmente no ejerce un efecto importante sobre la composicin del aceite por lo que al contenido en triglicridos, cidos grasos y humedad, etc., se refiere. Estos factores se hallan determinados principalmente por el mtodo de almacenamiento del pescado y el sistema de procesamiento. Sin embargo, los triglicridos del aceite de pescado de diferentes especies de peces se caracterizan por su diferente composicin en cidos grasos (Tabla 8). Tabla 8. Composicin general en cidos grasos de los aceites de pescado. Anchoa C-14 6.5 Sardina 5 Sbalo 9 Caballa 7 Arenque Capeln 8.5 8

27

C-16 C-18 C-20 C-22 0 1 5 6 ndice de Yodo

30 24 23 15 25 30 18 12 180

31 24 22 13 24 28 17 11

38 21 15 11 40 23 14 10 150

17 25 20 27 24 48 7 9 150

18 17 22 31 23 53 7 7 140

19 25 24 19 23 60 4 3 100

C-14 = % del total de cidos grasos con 14 tomos de carbono. 6 = % del total de cidos grasos que poseen 6 enlaces insaturados.

o CALIDAD DEL ACEITE DE PESCADOEl aceite de pescado se vende generalmente especificando en los contratos la proporcin en el mismo de los sig. componentes: cidos grasos libres Materia insaponificable Humedad

Los aceites de pescado se venden generalmente con un contenido en cidos grasos libres del 7%. Normalmente contienen solo el 3%, pudiendo, en algunos casos, llegar al 20%. Los aceites que contienen ms del 3% en cidos grasos libres suelen tener una bonificacin en el precio por cada unidad que sobrepasa los mnimos establecidos. El insaponificable constituye aquel conjunto de sustancias (alcoholes, esteroles, pigmentos e hidrocarburos) que, aunque no son triglicridos, son solubles en los solventes corrientes de las grasas y suelen encontrarse disueltas en stas y en los aceites. No obstante, un contenido del 2.5% en estas sustancias se considera normal, permitindose un mximo del 3.5%.

28

Las especificaciones en cuanto a los niveles mximos de humedad permitidos se realizan esencialmente por su influencia cuantitativa en la composicin del aceite, pero los niveles excesivamente elevados pueden provocar la oxidacin del hierro acelerando de esta forma la oxidacin que en los aceites ste cataliza, afectando la decoloracin del aceite. Por ello, los niveles mximos de humedad permitidos suelen ser solamente del 0.3%.

o ALMACENAMIENTO DEL ACEITE DE PESCADOSe recomienda que el aceite se enfre ates de su trasvase al tanque de almacenamiento y que ste se vierta en el fondo del mismo (aunque no en el mismo fondo). Cuando se saque de l debe hacerse desde las capas mas superficiales. El depsito de impurezas y el agua que se acumula en el fondo del tanque deben eliminarse peridicamente. La eliminacin peridica de estos compuestos evita la formacin de cidos grasos libres en el aceite durante su almacenamiento, afectndolo comercialmente. El azufre es otro contaminante no deseado en el aceite de pescado por el hecho de que durante el endurecimiento del mismo por el procedimiento tradicional de catalizador a base de niquel, el azufre reduce la vida til de ste por actuar inhibindolo. Una de las principales razones del elevado contenido en azufre del aceite de pescado es su incremento en la fraccin grasa durante el almacenamiento del pescado antes de su elaboracin. Esto se puede reducir o evitar elaborando el pescado inmediatamente a su recepcin o almacenando la materia prima a bajas temperaturas.

29

5.- CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS INSUMOS AGUA PARA PROCESO6o PROPIEDADES FISICOQUMICAS: Estado fsico: slida, liquida y gaseosa Color: incolora Sabor: inspida Olor: inodoro Densidad: 1 g./c.c. a 4C Punto de congelacin: 0C Punto de ebullicin: 100C Presin crtica: 217,5 atm. Temperatura critica: 374C

o CARACTERSTICAS: El agua es un disolvente muy potente, al que se ha catalogado como el disolvente universal, y afecta a muchos tipos de sustancias distintas. Las sustancias que se mezclan y se disuelven bien en agua -como las sales, azcares, cidos, lcalis, y algunos gases (como el oxgeno o el dixido de carbono, mediante carbonacin). Es miscible con muchos lquidos, como el etanol, y en cualquier proporcin, formando un lquido homogneo. Por otra parte, los aceites son inmiscibles con el agua, y forman capas de variable densidad sobre la superficie del agua. Como cualquier gas, el vapor de agua es miscible completamente con el aire.

6

.www.monografias.com

30

o ABASTECIMIENTO DE AGUA El abastecimiento del agua se llevara a cabo va red hidrulica municipal.

COMBUSTIBLE GAS LPEl gas licuado a presin (GLP)7 es la mezcla de gases condensables presentes en el gas natural o disueltos en el petrleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presin ambientales son gases, son fciles de condensar, de ah su nombre. En la prctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano.

Debido a que bajo presiones moderadas y a temperatura ordinaria, puede ser transportado y almacenado en forma lquida, pero cuando se libera a presin atmosfrica y a temperatura relativamente baja se evapora y puede ser utilizado como gas. El GAS L.P. est compuesto por una mezcla aproximada de 70% BUTANO y 30% PROPANO, gracias a esa mezcla se obtiene el mayor poder calorfico disponible, superior a otros combustibles, lo que le permite obtener ms rendimiento por menos dinero. o CARACTERSTICAS FSICAS7, QUMICAS8 Y TRMICAS9 Fsicas: No tiene olor, ni color (Para anunciar su presencia se ha optado por odorizarlo con Mercaptano que es la sustancia que le da su olor caracterstico) Este gas tiene la particularidad de que si la temperatura ambiente se somete a presiones mayores que a la de la atmsfera, se condensa y se vuelve lquido, permitiendo as, su fcil transportacin, almacenaje y uso.

7 8 9

. Wikipedia.org . PEMEX Coatzacoalcos. www.gas.pemex.com . onsager.unex.es

31

PCI = poder calorfico medio PCS = poder calorfico superior o PRECIO DEL GAS LP10:

IMAGEN 810

. PEMEX. Gas y Petroqumica bsica. www.gas.pemex.com

32

o FORMA DE ALMACENAMIENTO: En las instalaciones de la planta se cuenta con un tanque de gas lp con la sig. descripcin:

Presin de diseo = 1.72 MPa. Presin de diseo = 17.58 kg/cm2.

Capacidad nominal (Volumen) = 2200 lt. Dimetro interno = 1.03 m Longitud total = 2.81 m Espesor nominal de la cabeza = 7.1 mm.

Sujeto a la norma NOM 012/3 SEOG 2003.

Tara = 574 kg.

33

AGUA PARA SERVICIOS11

La planta contar con agua potable para abastecer a la caldera, los servicios sanitarios, mantenimiento y limpieza de los equipos del proceso, establecindose parmetros a controlar mediante los anlisis correspondientes y tambin los Lmites Obligatorios y Lmites Recomendados, para cada uno de ellos.

11

.Licitacin Pblica Nacional e Internacional para la Concesin del Servicio Pblico de Provisin de Agua Potable de la repblica mexicana

34

35

CARACTERSTICAS DEL AGUA PARA CALDERASRecomendadas para Agua de Alimentacin para una caldera piro tubular12. Presin mxima de servicio en bar 0,5 >0,5 Aspecto visual Transparente, sin color ni sedimentos Dureza en mg/l de CO3 Ca 10 5 Oxgeno disuelto (O2) en mg/l - 0,2 PH a 20C 8a9 8a9 CO2 en forma de CO3 H-, en mg/l 25 25 Aceites y grasas en mg/l 3 1 Materias orgnicas valoradas en mg/l de Mn O4 K consumido 10 10

o CARACTERSTICAS PARA EL AGUA DE PROCESOS Y DE ENFRIAMIENTOGeneralmente a partir del agua de abastecimiento, se definen las normas de calidad para el uso industrial, an cuando dichas normas dependen de la industria, los procesos y los cnones privados de cada empresa, todo ello por la diversidad de usos que el agua tiene. Las caractersticas ms destacadas del agua, que afectan a la mayora de las industrias, son la agresividad y el poder incrustante. El primero se debe a su conductividad, contenido en oxgeno y aniones capaces de formar con el metal xidos no protectores, el agua qumicamente pura y desgasificada no es agresiva. El poder incrustante del agua se debe a la presencia de iones de calcio, magnesio y hierro; son bien conocidos los efectos de formacin de depsitos de bicarbonato clcico (CaCO3), que los bicarbonatos disueltos pueden tener al variar la temperatura y la acidez.

12

.www.calderasvapor.com

36

6.- EFLUENTES (AGUAS RESIDUALES PROPIAS DEL PROCESO)

Para evitar una contaminacin alta de descarga de aguas residuales, se implement la inmersin al proceso de un sistema de evaporacin de agua de cola, lo cual con ello evita descargar al drenaje una cantidad demasiado considerable de desechos lquidos, adems de que se considerara como perdidas para la lnea de proceso, ya que contiene notablemente material del cual se puede obtener cantidades mayores de harina de pescado, o bien, tratar esos lquidos concentrados como un subproducto alterno para su venta. Lo nico considerado como desecho, pero que se encuentra dentro de la Normatividad de contaminantes desechados al drenaje pblico, son los lquidos drenados a travs de la trayectoria del proceso, los cuales pueden incluir material solido y sangre de pescado en cantidades muy ligeras; otros de menor importancia como el de servicios de limpieza y desechos sanitarios.

37

7.- NORMATIVIDAD (SEMARNAT)12

NORMAS OFICIALES PARA LA CALIDAD DEL AGUA EN MXICO NOM-127-SSA1-1994: Salud ambiental, agua para uso y consumo humano - limites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilizacin. Esta Norma Oficial Mexicana establece los lmites permisibles de calidad y los tratamientos de potabilizacin del agua para uso y consumo humano, que deben cumplir los sistemas de abastecimiento pblicos y privados o cualquier persona fsica o moral que la distribuya, en todo el territorio nacional. NOM-008-SCF1-1993: Sistema General de Unidades de Medida. NOM-012-SSA1-1993: Requisitos sanitarios que deben cumplir los sistemas de abastecimiento de agua para uso y consumo humano pblicos y privados. NOM-013-SSA1-1993: Requisitos sanitarios que debe cumplir la cisterna de un vehculo para el transporte y distribucin de agua para uso y consumo. NOM-014-SSA1-1993: Procedimientos sanitarios para el muestreo de agua para uso y consumo humano, en sistemas de abastecimiento de agua pblicos y privados. NOM-112-SSA1-1994: Determinacin de bacterias coliformes. Tcnica del nmero ms probable. NOM-117-SSA1-1994: Bienes y Servicios. Mtodo de prueba para la determinacin de cadmio, arsnico, plomo, estao, cobre, fierro, zinc y mercurio en alimentos, agua potable y agua purificada por espectrometra de absorcin atmica.

Norma Oficial Mexicana NOM-003-SEMARNAT-1997: Establece los limites mximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se resen en servicios al pblico (TABLA 1):12

. www.semarnat.gob.mx

38

Norma Mexicana NMX-AA-003: aguas residuales-muestreo. Publicado en el DOF el 25-marzo-1980 Norma Mexicana NMX-AA-006: aguas; determinacin de materia flotante; Mtodo visual con malla especifica. Publicado en el DOF el 5-dic-1973 Norma Mexicana NMX-AA-028: aguas; determinacin de DBO; Mtodo de incubacin por diluciones. Publicado en el DOF el 6-julio-1981 Norma Mexicana NMX-AA-034: aguas; determinacin de solidos en agua; Mtodo gravimtrico. Publicado en el DOF el 3-julio-1981 Norma Mexicana NMX-AA-042: aguas; determinacin del numero mas probable de coliformes totales y fecales; Mtodo de tubos mltiples de fermentacin. Publicado en el DOF el 22-junio-1987. Norma Mexicana NMX-AA-102-1987: calidad del agua; deteccin y enumeracin de organismos coliformes, organismos coliformes termotolerantes y Escherichia coli presuntiva; Mtodo de filtracin en membrana. Publicado en el DOF el 28-agosto-1987 Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996: establece los lmites mximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales. Publicado en el DOF el 6-enero-1997.

39

PARMETROS A CUMPLIR EN DESECHOS INDUSTRIALES13

PARAMETRO Temperatura (C) Valor del pH Turbiedad (mg/lt Alcalinidad a Fenol (mg/lt) Slidos totales (mg/lt) Slidos suspendidos (mg/lt) Slidos fijos (mg/lt) Slidos voltiles (mg/lt) Slidos sedimentables (ml/lt) DBO5 (mg/lt) DQO (mg/lt) Grasas (mg/lt)

INDICADOR 19-91 0.8 - 13.5 5 20000 0 240000 101 829751 1 67920 62 71317 0 93777 0.05 101 0 31875 0 54000 9 2579

13

.San Jun, R. 1997. Uso alternativo de residuos de caa de azcar para la obtencin de Etanol Universidad de Guadalajara. P. 49-54, 57-86. Guadalajara.

40

10.- BALANCE DE MATERIA DEL PROCESO (MEMORIA DE CALCULO)3

Existen diversos mtodos para la fabricacin de harina de pescado, pero aqu tan solo se hace la referencia y la propuesta del empleado para la elaboracin de la mayor parte de harina de pescado del mercado mundial. El proceso en cuestin fue descrito anteriormente, mostrndolo en forma esquemtica en el anexo II, presentando a continuacin el balance de materia en cada una de las fases de su elaboracin. Base de clculo: 1000 kgPescado crudo: 1000 kg Aceite 120 kg Agua 700 kg Solidos 180 kg

COCCION

Pescado cocido: 1000 kg Aceite 120 kg Agua 700 kg Solidos 180 kg

PRENSADO

Liquido de prensado: 680 kg Aceite 110 kg Agua 530 kg Solidos 40 kg

Torta de prensado: 320 kg Aceite 10 kg Agua 170 kg Solidos 140 kg

41

de Liquido de Prensado

de Torta de Prensado

DECANTACION

A centrifuga: 650 kg Aceite 110 kg Agua 510 kg Solidos 30 kg

Solidos decantados: 30 kg Agua 20 kg Solidos 10 kg

CENTRIFUGACION

ACEITE: 108 kg Aceite 110 kg

Agua de cola: 542 kg Aceite 2 kg Agua 510 kg Solidos 30 kg

42

de Agua de Cola

EVAPORACION

Agua evaporada: 450 kg Agua 450 kg

Concentrado: 30 kg Aceite 2 kg Agua 60 kg Solidos 30 kg

SECADO

Agua evaporada: 230 kg Agua 230 kg

HARINA DE PESCADO: 212 kg Aceite 12 kg Agua 20 kg Solidos 180 kg

43

En la sig. tabla esta representado el balance de materia estimado de acuerdo a la capacidad mxima de produccin mostrada anteriormente, para una base de calculo de 30 ton/da , o dicho de otra forma, 4285 kg/hr. Esta matriz de balance de materia se puede apreciar de igual forma en los anexos I y II.

44

9.- REQUERIMIENTO DE ENERGIA EN EL PROCESO (MEMORIA DE CLCULO)

DISEO TERMICO EN EL COCEDOR CON TRANSPORTADOR HELICOIDAL A VAPOR INDIRECTO

El balance global de energa esta regida por la sig. ecuacin:

Qt = Qs + QpDonde:

Qt = Ut . Ar . Tm Qs = m . Cp . T Qp = Up . Ae . T

Qt = flujo de calor total en el transportador helicoidal Qs = flujo de calor sensible necesario para el pescado Qp = perdidas de flujo de calor hacia los alrededores Ui = coeficiente global de transferencia de calor Ar, e = rea de transferencia de calor (real y estimada, respect.) m = flujo msico del pescado Cp = calor especifico del pescado Tm = diferencia media logartmica de temperatura.

45

CALCULO DE PERDIDAS DE CALOR, QpPara el clculo respectivo, se tomar de la referencia 14, para la seccin Capitulo 2: Conduccin, prdidas de calor en tubera, donde se seleccionan la base de clculos para una seccin con superficie tubular, haciendo la analoga (para fines prcticos) con la artesa del cocedor.

Para el caso de la analogia con la artesa:

46

Donde: L = longitud de la unidad L = 24 ft L = 7.31 m Variable Nomenclatura Radio (in) r1 12.5 Radio (m) Espesor Espesor (in) (m) Temperatura (C) 118

Radio interno artesa Espesor de artesa Radio interno chaqueta

0.3175

X1

1/8

0.003175

118

r2

r1 + X1 + SS (2.5 in) = 15.125 in

0.384175

118

Espesor artesa Radio interno aislante Espesor aislante Radio de la unidad

X2

1/4

0.00635

118

r3

r2 + X2

0.390525

X3

12

0.3048

35

r4

r3 + X3

0.695325

35

Las dimensiones de la longitud, el radio y el espesor de pared de la artesa y la chaqueta sern definidos a detalle en el Diseo Mecnico del Cocedor. Los espesores y las temperaturas de pared del aislante fueron propuestos. Ms adelante se calcularn las temperaturas de interfase reales.

SS = espacio para el flujo de vapor dentro de la chaqueta.

47

La ecuacin de prdidas de calor:

Qp = Up . Ae . TAunque se puede redefinir en:

Qp = ( Ae . T ) / RiDonde: Ae = rea de la superficies de la chaqueta al exterior Ri = sumatoria de las resistencias trmicas de cada pared (por conveccin, conduccin y/o radiacin). Los cuales, por cuestiones prcticas, nicamente se despreciarn las resistencias por radiacin. Ri.co = xi/ki Ri.cv = 1/hj Donde: Ri.co = resistencia por conduccin Ri.cv = resistencia por conveccin Xi = espesor de pared del material i ki = conductividad trmica del material i hj = coeficiente de transferencia de calor convectivo del fluido j

48

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIN La conduccin es la transferencia de calor a travs de un material fijo tal como la pared estacionaria mostrada en la sig. figura:

La direccin del flujo de calor ser a ngulos rectos a la pared, si las superficies de las paredes son isotrmicas y el cuerpo es homogneo e isotrpico. Supngase que una fuente de calor existe a la izquierda de la pared y que existe un recibidor de calor en la superficie derecha. Es conocido y despus se confirmar por una derivacin, que el flujo de calor por hora es proporcional al cambio de temperatura a travs de la pared y al rea de la pared. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCION La conveccin es la transferencia de calor entre partes relativamente calientes y fras de un fluido por medio de mezcla. Supngase que un recipiente con un lquido se coloca sobre una llama caliente. El lquido que se encuentra en el fondo del recipiente se calienta y se vuelve menos denso que antes, debido a su expansin trmica. El lquido adyacente al fondo tambin es menos denso que la porcin superior fra y asciende a travs de ella, transmitiendo su calor por medio de mezcla conforme asciende. La transferencia de calor del lquido caliente del fondo del recipiente al resto, es conveccin natural conveccin libre. Si se produce cualquiera otra agitacin, tal como la provocada por un agitador, el proceso es de conveccin forzada. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION La radiacin involucra la transferencia de energa radiante desde una fuente a un recibidor. Cuando la radiacin se emite desde una fuente a un recibidor, parte de la energa se absorbe por el recibidor y parte es reflejada por l.

49

Las sig. tablas proporcionan los datos para los clculos respectivos:

a) R1 = resistencia de la pelcula de condensado sobre la pared de la chaquetaDe la referencia 5 Transferencia de Calor, Yunus Cengel, Capitulo 10: Ebullicin y Condensacin, Tubos horizontales y esferas: se determina que el coeficiente de transferencia de calor promedio para la condensacin en pelcula sobre las superficies exteriores de un tubo horizontal es:

h1 = 0.729Donde: kl = conductividad trmica del condensado l = densidad del condensado g = densidad del vapor g = aceleracin gravitacional Do = dimetro del tubo horizontal donde se encuentra el condensado t = diferencia de temperaturas entre la superficie y el condensado l = viscosidad dinmica del condensado * = calor latente modificado

50

* = + 0.68(Cpliq.)(Tsat Ts) = calor latente de vaporizacin Cpliq = calor especifico del condensado t = Tsat Ts Tsat = temperatura de saturacin del condensado Ts = temperatura de la pared del tubo * * = 2208.77184 kJ/kg * = 2208771.84 J/kg por lo tanto:

h1 = 8304.396513 W/m2 . C por lo tanto: R1 = 1/h1

R1 = 0.000120418 (m2.C)/W

a) R2 = resistencia por conduccin en la pared de la chaquetaDe la referencia 5 Transferencia de Calor, Yunus Cengel, Capitulo 2: Ecuacin de la Conduccin de Calor, Conductividad trmica variable, para cilindros, el calculo de la resistencia esta dado por:

R2Donde: R2 = resistencia trmica (del material de la chaqueta, acero al carbn) r2 = radio externo de la chaqueta r1 = radio interno de la chaqueta

51

R2

R2 = 0.000118559 (m2. K)/Wb) R3 = Resistencia por conduccin del aislante (del material fibra de vidrio)R3 R3

R3 = 10.28523625 (m2. K)/W

c) R4 = Resistencia por conveccin al aireDe la referencia 5 Transferencia de Calor, Yunus Cengel, Capitulo 9: Conveccin Natural, Conveccin natural sobre superficies. La transferencia de calor por conveccin natural sobre una superficie depende de la configuracin geomtrica de sta as como de su orientacin. Tambin depende de la variacin de la temperatura sobre la superficie y de las propiedades termo-fsicas del fluido que interviene (en este caso, el fluido hacia el que se disipa el calor ser el aire). Las correlaciones empricas del nmero promedio de Nusselt para la conveccin natural sobre superficies de cilindros horizontales, estn dadas por:

Donde:

52

RaD = numero de Raleigh, adimensional g = aceleracin gravitacional = 1/Tf Tf = temperatura de la pelcula del aire Tf = (Ts+T)/2 Ts = Ta = temperatura a la pared del aislante (35 C) T = temperatura del aire circundante (propuesto, en referencia a las bases de diseo, de 25 C) D = dimetro del aislante v = viscosidad cinematica @ Tf (m2/seg) Pr = nm. de Prandtl @ Tf Nu = nm. de Nusselt, adimensional hi = coeficiente de transferencia de calor conectivo k = conductividad aire @ Tf Tf = (35 + 25 C)/2 = 30 C

RaD = 2.45 e+09

Nu cil = 154.2835

53

Reacomodando:

Por lo tanto: hi = 2.871217896 W/m2. C R4 = 1/hi

R4 = 0.34828426 (m2. K)/W

d) Qch = carga trmica de la chaquetaEsta carga es el calor sensible que presentar el material de la artesa debido a las prdidas, teniendo una temperatura ligeramente menor a la del condensado; por lo que: Qch = m . Cp. T Cp = calor especifico del material de la chaqueta T = diferencia de temperaturas entre T1 (temp. Inicial de la chaqueta, 25 C) y T2 (temp. De equilibrio de la chaqueta, 118 C) m = masa de la chaqueta m=.V = densidad de la chaqueta V = volumen de la chaqueta V = (Ae Ai) . L Ae = rea transversal de la chaqueta (radio externo); Ae = . re2 Ai = rea transversal de la chaqueta (radio interno). Ai = . ri2 L = longitud de la unidad m = {7832 kg/m3} { *(0.390525 m)2 (0.384175 m)2] [7.31 m] } m = 884.804 kg

54

Qch = (884.804 kg)(0.434 kJ/kg.K)(118 25 C) Qch = 35712.4699 kJ Por unidad de tiempo, en una jornada diaria de 7 hr.: Qch = (35712.4699 kJ)/7 hr

Qch = 5101.7814 kJ/hr

e) Calculo de QpQp = [ ( Ae . T ) / Ri ] + Qch Ae = rea hacia los exteriores Ae = 2 . . r 4 . L r4 = 0.695325 m Ae = 2(0.695325 m)(7.31 m) = 31.9363 m2

T = Ts T Ts = temperatura del vapor saturado, 120 C T = temperatura del medio ambiente externo, 25 C

Ri = R1 + R2 + R3 + R4 Ri = (0.000120418 + 0.000118559 + 10.28523625 + 0.34828426) (m2.C)/W Ri = 10.6337594 (m2.C)/W

( Ae . T ) / Ri = [ (31.9363 m2)(120 25 C) ] / 10.6337594 (m2.C)/W ( Ae . T ) / Ri = 215.3131981 W

55

( Ae . T ) / Ri = 1027.127513 kJ/hr Por lo tanto: Qp = (5101.7814 + 1027.127513) kJ/hr

Qp = 6128.9089 kJ/hr

DETERMINACION DE LAS TEMPERATURAS DE PARED o CORRECCION DE LA TEMPERATURA DE PARED EN LA CHAQUETA Y ARTESA De la ecuacin de transferencia de calor: Qp = [ ( A . T ) / Ri ] Donde Qp = 1027.127513 kJ/hr (sin tomar en cuenta la carga trmica en la chaqueta) Qp = - 285.313198 W (toma el signo negativo por considerarse como perdida de calor) T = T2 - Tsat T2 = temperatura de pared en la chaqueta. Tsat = temperatura de saturacin del vapor.

Por lo tanto: T2 = ( -Qp . R2 )/A + Tsat T2 =[ (-285.313198 W)( 0.000118559 C.m2/W)/31.9363 m2 ] + 120 C T2 = 119.99 C Por lo que el valor supuesto para las temperaturas en la chaqueta y en la artesa (que por tener un valor similar en su resistencia trmica al de la chaqueta) se puede considerar como vlido.

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o CALCULO DE LA TEMPERATURA DE PARED INTERNA DEL AISLANTE Qp = [ ( A . T ) / Ri ] Qp = - 285.313198 W T = T2 T1 T2 = temperatura del ambiente externo al aislante. T1 = temperatura de la pared interna del aislante

Por lo tanto: T1 = ( Qp . R3 )/A + T2 T1 =[ (285.313198 W)( 10.285236 C.m2/W)/31.9363 m2 ] + 25 C T1 = 116.88 C

o CORRECCION DE LA TEMPERATURA DE PARED EXTERNA DEL AISLANTE Qp = [ ( A . Tg ) / Ri ] Qp = - 285.313198 W Tg = T2 Tsat Tg = diferencia de temperatura global T2 = temperatura de la pared externa del aislante. T1 = temperatura de saturacin del vapor

Por lo tanto: T2 = ( -Qp . R3 )/A + Tsat T1 =[ (-285.313198 W)( 10.285236 C.m2/W)/31.9363 m2 ] + 120 C T1 = 28.11 C

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Como se puede apreciar, la temperatura externa del aislante difiere del valor que se haba propuesto (35 C), produciendo un ligero cambio en los clculos para la resistencia por conveccin en las superficies externas al ambiente. Sin embargo, estos cambios no son significantes, por lo que se puede optar como validos los clculos y el valor presentado para la resistencia externa al aire (R4)

CALOR SENSIBLE DEL PESCADO, QsQs = m . Cp . T m = flujo msico del pescado Del balance de materia a la entrada al cocedor: m1 = 4285.71429 kg/hr Por razones practicas para el diseo y dimensionamiento del transportador helicoidal (se describe a detalle en Diseo Mecnico del Cocedor), se determin que la capacidad mxima de carga se bifurque a la mitad, es decir, la carga mxima se dividir en dos partes iguales, para la construccin de 2 equipos de coccin de tornillo helicoidal con las mismas especificaciones mecnicas uno igual que el otro. Por lo tanto: m = m1/2 = (4285.71429 kg/hr)/2 = 2142.85714 kg/hr Cp pescado = 3.71 kJ/kg.K T = T2 T1 T1 = temperatura de entrada de pescado al cocedor, 25 C T2 = temperatura de coccin del pescado, 100 C

Por lo tanto: Qs = (2142.857 kg/hr)(3.71 kJ/kg.K)(100 25 C)

Qs = 596250 kJ/hr58

CALCULO DEL FLUJO DE CALOR TOTAL EN EL COCEDORQt = Qs + Qp Para el clculo del flujo de calor total, es necesario hacer consideracin de otra variable:

QarQar = carga trmica de la artesa Por lo que:

Qt = Qs + Qp + QarSe realizar el mismo procedimiento para Qar que el que se realiz en el inciso e) para el clculo de la carga trmica en la chaqueta. Qar = m . Cp. T Cp = calor especifico del material de la artesa T = diferencia de temperaturas entre T1 (temp. Inicial de la artesa, 25 C) y T2 (temp. De equilibrio de la artesa, 118 C) m = masa de la artesa m=.V = densidad de la artesa V = volumen de la artesa V = (Ae Ai) . L Ae = rea transversal de la artesa (radio externo); Ae = . re2 Ai = rea transversal de la artesa (radio interno). Ai = . ri2 L = longitud de la unidad m = {7913 kg/m3} { *(0.320675 m)2 (0.3175 m)2] [7.31 m] } m = 368.2069 kg Qar = (368.2069 kg)(0.456 kJ/kg.K)(118 25 C) Qar = 15614.9186 kJ Por unidad de tiempo, en una jornada diaria de 7 hr.: Qar = (15614.9186 kJ)/7 hr

59

Qar = 2230.70265 kJ/hr

Qt = Qs + Qp + QarQt = (596250 + 6128.908933 + 223070265) kJ/hr

Qt = 604609.612 kJ/hr

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SUPERFICIE REAL DE TRANSFERENCIA DE CALORDe acuerdo a los principios y fundamentos de la transferencia de calor: Qt = UD . A . Tm UD = coeficiente de diseo global de transferencia de calor A = rea real de transferencia de calor Tm = media diferencial logartmica de temperatura

De donde, para hallar el rea de transferencia de calor real, se despeja para dar: A = Qt/(UD . Tm) A = (Qt . Ri)/ Tm Donde: Ri = sumatoria de las resistencias internas a la artesa

a) R5 = resistencia de la pelcula de condensado sobre la pared de la artesaDe acuerdo a la referencia 14. Procesos de Transferencia de Calor Kern, Capitulo 20, Depsitos Enchaquetados, el coeficiente de pelcula de transferencia de calor del vapor condensado en la chaqueta sobre la pared de la artesa, tiene variaciones mnimas a las de los coeficientes de pelcula desarrollados para superficies horizontales tubulares 5, por lo que se proceder a calcular de igual forma a la resistencia R1

h5 = 0.729

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Donde: kl = conductividad trmica del condensado l = densidad del condensado g = densidad del vapor g = aceleracin gravitacional Do = dimetro del tubo horizontal donde se encuentra el condensado (artesa) t = diferencia de temperaturas entre la superficie y el condensado l = viscosidad dinmica del condensado * = calor latente modificado * = + 0.68(Cpliq.)(Tsat Ts) = calor latente de vaporizacin Cpliq = calor especifico del condensado t = Tsat Ts Tsat = temperatura de saturacin del condensado Ts = temperatura de la pared del tubo * * = 2208.77184 kJ/kg * = 2208771.84 J/kg por lo tanto:

h1 = 8668.085307 W/m2 . C Por lo tanto: R5 = 1/h5

R5 = 0.0001151 (m2.C)/W

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b) R6 = resistencia por conduccin de la artesaR6

R6

R6 = 0.00020454 ( m2.K )/W

c) R7 = resistencia del pescado en combinacin conduccin-conveccin:Hasta ahora se han realizado tan pocos trabajos de evaluacin para el calentamiento de solidos que no es posible hacer muchas predicciones al respecto 15. Es por eso que se opt por el procedimiento que se presenta a continuacin para pronosticar una resistencia trmica del pescado dentro de la artesa, la que finalmente proporcionar el calor necesario al pescado para llevarlo a la coccin ideal. De la referencia 5 Transferencia de Calor, Yunus Cengel, Capitulo 4: Conduccin de calor en rgimen transitorio, Anlisis de sistemas concentrados. En el anlisis de la transferencia de calor, se observa que algunos cuerpos se comportan como un bulto cuya temperatura interior permanece uniforme en todo momento durante un proceso de transferencia de calor. La temperatura de esos cuerpos se puede tomar solo como una funcin del tiempo, T(t). El anlisis de la transferencia de calor que utiliza esta idealizacin se conoce como anlisis de sistemas concentrados, el cual proporcin una gran simplificacin en ciertas clases de problemas de transferencia de calor sin mucho sacrificio de la exactitud. Considere una pequea bola de cobre que sale de un horno (fig. 4-1, a). Las mediciones indican que la temperatura de la bola de cobre cambia con el tiempo, pero no varia mucho con la posicin en algn momento dado. Por tanto, la temperatura de la bola permanece uniforme todo el tiempo y se puede hablar de esa temperatura sin referir a una ubicacin especfica. Ahora, se va al otro extremo y se considerar un rosbif en un horno. Cuando se prepara un asado, se advierte que la distribucin de temperatura dentro del rosbif no se aproxima a ser uniforme. Puede verificar esto con facilidad sacando el rosbif antes de que est cocido

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por completo y cortndolo a la mitad. Ver que las partes exteriores de l estn bien cocidas, en tanto que la zona central apenas est caliente.

Conduccin de calor en rgimen transitorio en paredes planas grandes, cilindros largos y esferas con efectos espaciales. Con el fin de reducir el nmero de parmetros, se quitan dimensiones al problema mediante la definicin de las sig. cantidades adimensionales para cilindros:

Distancia adimensional desde el centro: Coeficiente adimensional de Transferencia de calor (numero de Biot):

X = x/r0 Bi = (h . r0)/k

Tiempo adimensional (numero de Fourier): = ( . t)/r 02

Donde: x = ancho del pescado, aprox. 8 cm r0 = radio del pescado, 4 cm h = coeficiente convectivo de transferencia de calor k = conductividad trmica del pescado = difusividad trmica del pescado t = tiempo de residencia del pescado dentro del cocedor

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El problema de conduccin de calor unidimensional en rgimen transitorio que acaba de describirse se puede resolver con exactitud para cualquier configuracin geomtrica, pero la solucin comprende series infinitas, con las cuales es difcil tratar. Sin embargo, los trminos en la solucin convergen con rapidez al crecer el tiempo y para > 0.2, conservar el primer trmino y despreciar todos los restantes en la serie conduce a un error menor a 2%. Suele estar interesado en la solucin par tiempos con > 0.2 y, por consiguiente, resulta muy conveniente expresar la solucin al usar esta aproximacin de un trmino, dado como:

= temperatura adimensional transitoria Donde las constantes A1 y 1 son funciones solo del numero Bi, y en la tabla 4-1 se da una lista de sus valores con respecto al numero Bi, para las tres configuraciones. Una vez que se conoce el numero Bi, se puede estimar el coeficiente convectivo de transferencia de calor.

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o Considerando al pescado como un cilindro de longitud L y dimetro x, con radio r0: Lprom = 32 cm = 0.32 m xprom = 8 cm = 0.08 m r0 = x/2 = 0.04 m

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o Clculo del nmero de Fourier = ( . t)/r 02 = 1.20E-07 m2/seg t = tiempo de residencia = 15 min = 900 seg = *(1.2e-7 m2/seg)(900 seg)] / (0.04 m)2 =0.0675

o Calculo de la temperatura adimensional transitoria (para la configuracin geomtrica de un cilindro)

0, cilindro = temperatura transitoria al tiempo 0 = 15 min Ti = temperatura inicial del material, (25 C) T0 = temperatura final del material, (100 C) T = temperatura en los alrededores del material, (aprox. temperatura de pared de artesa = 118 C) A1, 1 = constantes en funcin del numero de Biot

0, cil = (100 118 C) / (25 118 C) = A1 . e- ^2 (0.0675) 0, cil = 0.19354 = A1 . e- ^2 (0.0675) De la tabla 4-1 se puede predecir (mediante prueba y error) A1 y 1, para un numero de Biot dado; Si Bi = 100, A1 = 1.6015, 1 = 2.3809 Por lo que: 0, cil = 0.19354 = (1.6015) e- (2.3809)^2 (0.0675)

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0, cil = 0.19354 1.092 Para otros nmeros de Biot, esta desigualdad diverge aun mas del resultado mostrado, por lo que, aunque no se conlleva a la igualdad indicada, se tomar como valido, debido a la poca informacin y trabajos realizados para la transferencia de calor en solidos 15.

o Clculo del coeficiente convectivo de transferencia de calor Bi = (h . r0) / k h = (Bi . k) / r0 kpescado = 0.534 W/m.C h = (100)( 0.534 W/m.C) / 0.04 m h7 = 1335 W/m2.C

R7 = 1/h7

R7 = 0.00075 (m2.C)/W

d) Calculo de la superficie real de transferencia de calorDe la ecuacin de transferencia de calor: A = (Qt . Ri)/ Tm Donde: Qt = 604609.612 kJ/hr Ri = R5 + R6 + R7 Ri = (0.0001151 + 0.00020454 + 0.00075) (m2. C)/W Ri = 0.001068704 (m2. C)/W Ri = 0.000296862 (hr.C.m2)/kJ Donde:

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Ri = 1/UC UC = coeficiente global limpio de transferencia de calor UC = 1/ Ri UC = 3368.56856 kJ/hr.m2.C UC = 164.7977 btu/hr.ft2.F

Calculando el coeficiente global de diseo de transferencia de calor (UD): 1/UD = 1/UC + Rd

Rd = factor de obstruccin debido a incrustaciones 14 Rd = 0.001 (agua de ciudad o de pozos). Debido a que este valor se encuentra en el sistema ingles, el coeficiente de diseo global se debe calcular en las mismas unidades, por lo que:

1/UD = 1/164.7977 + 0.001 1/UD = 7.068045 e-3 (hr.ft2.F)/btu UD = 141.48182 btu/hr.ft2.F UD = 2891.9757 kJ/hr.m2.C

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Tm = diferencia media logartmica de temperatura De acuerdo al sig. Perfil de temperatura, que corresponde a la longitud L del cocedor:

Donde: T1 = T2 = temperatura de saturacin del vapor, 120 C t1 = temperatura inicial del pescado, 25 C t2 = temperatura final del pescado, 100 C

Tm = 48.134 C

Por lo tanto: Areal = Qt/(UD . Tm) Areal

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Areal = 4.3433 m2

De acuerdo a las dimensiones que estn propuestas, de acuerdo al Diseo Mecnico del Cocedor, se calcula la superficie propuesta de transferencia de calor de la artesa:

Con diseo tubular: A propuesta, tub = 2 . . (rartesa + X1) . L

r artesa = radio externo de la artesa, 12.5 in = 0.3175 m X1 = espesor de pared de la artesa, 1/8 in = 0.003175 m L = longitud de la unidad = 7.31 m Apropuesta, tub = 2.(0.3175 + 0.003175 m)(7.31 m)

Apropuesta, tub = 14.58 m2 De acuerdo al Diseo Mecnico del Transportador (artesa en forma de U):

A propuesta, U = L [ .(rartesa + X1)seccin abombada + (2 . D)seccin plana ] Donde: D = altura de la seccin plana* D = 16 in = 0.4191 m Apropuesta, U = [7.31 m] [(0.3175 + 0.003175 m) + 2(0.4191 m)]

Apropuesta, tub = 13.49 m2

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Por lo tanto, de acuerdo a los resultados observados, se puede comparar el rea propuesta (de ambas geometras) y la real, encontrando un margen considerablemente superior del propuesto con el real, por lo que se puede deducir y concluir que las dimensiones propuestas son las indicadas, ya que adems proporcionan una superficie de transferencia de calor ms elevada que la real, y eso propiciar a un ahorro de energa.

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REQUERIMIENTO DE VAPOR EN EL COCEDOR

Para determinar el flujo requerido de vapor para proporcionar el calor necesario: Q = mp . Cpp T Q = m v . v Q = mp . Cpp T = mv . v Despejando: mv = (mp . Cpp T)/ v simplificando: mv = Q/ v Donde: Q = Qt = flujo de calor total necesario para el cocedor v = calor latente de vaporizacin del agua

Por lo tanto, para el cocedor de transportador helicoidal:

mv = (604609.612 kJ/hr) / (2203 kJ/kg)

mv = 274.448 kg/hr

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REQUERIMIENTO DE VAPOR EN EL EVAPORADOR

De trabajos pertenecientes al mismo proyecto de Produccin de Harina de Pescado, se determin el requerimiento de vapor en el sistema de evaporacin de triple efecto, en el cual, nicamente el efecto 1 utilizar vapor proveniente de la caldera; por lo tanto, para el sistema de evaporacin se tiene:

mv = 910 kg/hr

REQUERIMIENTO DE VAPOR EN EL EQUIPO DE CALENTAMIENTO DE AIRE

De trabajos pertenecientes al mismo proyecto de Produccin de Harina de Pescado, se determin el requerimiento de vapor en el equipo de calentamiento de aire, con el cual se har uso en el secador rotatorio para quitarle la humedad deseada al producto final; por lo tanto, para el sistema de aire se tiene:

mv = 1535 kg/hr REQUERIMIENTO TOTAL DE VAPOR

Por lo tanto, el consumo total de vapor de caldera para toda la lnea del proceso:mvT = mvCOCEDOR + mvEVAPORADOR + mvAIRE mvT = (274.448 + 910 + 1535) kg/hr

mvT = 2719.448 kg/hr

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10.- DISEO MECANICO DEL COCEDOR CON TRANSPORTADOR HELICOIDAL A VAPOR INDIRECTO16

INTRODUCCIN15La distribucin fsica es un trmino que se aplica a un concepto de sistemas que comprende todo el espectro del movimiento de materiales. El sistema comienza con el almacenamiento y manejo de materias primas y prosigue con el embalaje y el destino del producto terminado. La meta es alcanzar el costo global mas bajo para el sistema en su conjunto, incluyendo los gastos que soportan el fabricante, el transportista, el almacenista, el distribuidor y el cliente. El calculo de las capacidades de los equipos de manejo y embalaje de materiales es una de las consideraciones primordiales. Con frecuencia se integran muchas variables interactuantes, tales como un ndice variable o intermitente de entrega de materiales, la capacidad de almacenamiento intermedio y la recepcin de depsitos, los paros o las fallas aleatorias de los equipos del sistema y el tiempo de preparacin y de limpieza entre diferentes productos y mezclas.

SELECCIN DEL TRANSPORTADOR15La seleccin del transportador correcto para un material especifico a granel en una situacin dada, se complica debido al gran numero de factores relacionados entre si que es preciso tomar en consideracin. Primeramente se deben sopesar las alternativas entre tipos bsicos y, a continuacin, escoger el tamao y el modelo que sean adecuados. Las posibilidades de trabajo constituyen el primer criterio, pero se deben establecer tambin el grado de perfeccin en el desempeo. Puesto que existen diseos normalizados de equipos y datos completos de ingeniera para muchos equipos comunes de transportadores, su desempeo puede predecirse con exactitud, cuando se usan materiales que tengan caractersticas conocidas de transporte. Sin embargo, incluso los mejores transportadores pueden tener un desempeo poco satisfactorio, cuando las caractersticas del material sean desfavorables. Algunos de los factores primordiales a considerar para la seleccin del transportador adecuado son los mostrados a continuacin: La capacidad requerida es un factor primordial para la seleccin de un transportador. Los transportadores de banda, que se pueden fabricar en tamaos relativamente grandes, para funcionar a velocidades elevadas, transportan econmicamente grandes cantidades de materiales. Por otra parte, los transportadores de tornillo helicoidal o sinfn se hacen

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extremadamente torpes cuando aumenta su tamao y no se pueden manejar a velocidades elevadas sin causar problemas de abrasin. Definitivamente la longitud de desplazamiento esta limitada para ciertos tipos de transportadores. La elevacin de materiales se puede manejar por lo comn en forma ms econmica mediante elevadores de cangilones verticales o inclinados. Se deben tomar en consideracin las caractersticas de los materiales, tanto fsicas, como qumicas, sobre todo la fluidez. Tambin son importantes la capacidad de abrasin, de friabilidad y el tamao de los terrones. Algunos transportadores pueden satisfacer los requerimientos de procesamiento con cambios ligeros de diseo. Por ejemplo, un transportador de flujo continuo puede proporcionar el enfriamiento o calentamiento deseado simplemente con poner al material transportado en contacto directo con metales conductores de calor. El costo inicial de un sistema de transportador se relaciona por lo comn con la esperanza de vida, asi como tambin con el ndice de flujo escogido. Se tiene casi siempre la tentacin de disear tamaos excesivos, que resultan muchas veces inconvenientes. Es importante ajustar la calidad de los transportadores a la duracin de uso que se espera. Las unidades motrices de los transportadores pueden costar de 10 a 30% del costo total del sistema de transporte, dependiendo de las necesidades especificas de trabajo. Pueden ser del tipo de velocidad fija o ajustable. Las unidades motrices de velocidad fija se usan cuando la velocidad escogida inicialmente para el transportador no requiera cambios en el curso normal de operacin; sin embargo, para los ajustes importantes se necesitan cambios de motor o de reductor de velocidades. De todos modos, el transportador debe detenerse mientras se realiza el cambio de velocidad. Las unidades motrices de velocidad ajustable se disean para cambiar de velocidades ya sea en forma manual o automtica mientras el transportador se encuentra en funcionamiento, con el fin de afrontar las variaciones de en las necesidades de procesamiento.

Como gua general para la seleccin de transportadores, la tabla 7-1 indica la eleccin de transportadores sobre la base de algunas funciones comunes. La tabla 7-2 ayuda a la seleccin de alimentadores sobre la base de las caractersticas de las caractersticas del material con el que se vaya a trabajar.

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TRANSPORTADORES DE TORNILLO HELICOIDAL15

El transportador de tornillo helicoidal, sinfn o de gusano es uno de los tipos de transportadores mas antiguos y verstiles. Consiste en un sistema de aspas helicoidales (hlice laminada a partir de una barra plana de acero) o seccionales (secciones individuales cortadas y formadas en forma de hlice, a partir de una placa plana), montadas en una tubera o en un eje y que giran en una artesa. La potencia de transporte debe transmitirse a travs del eje o la tubera y se ve limitada por el tamao permisible de sus piezas. Adems de su capacidad de transporte, los transportadores de tornillo sinfn pueden adaptarse a una gran variedad de operaciones de procesamiento. Se puede lograr casi cualquier grado de mezcla con transportadores de tornillo sinfn de aspas cortadas; cortadas y plegadas o reemplazadas mediante una serie de paletas. El uso de aspas de caucho permite manejar materiales pegajosos. Se usan tornillos de paso corto para aplicaciones de desplazamiento inclinado y vertical y unidades de paso corto y aspas dobles, que evitan eficientemente la accin de inundacin. Adems de una gran variedad de diseos de componentes, los transportadores de tornillo sinfn pueden fabricarse en gran variedad de materiales que van desde hierro colado hasta acero inoxidable. El uso de tornillos huecos y tuberas para la circulacin de fluidos calientes o frios permite que los transportadores de tornillo sinfn se usen para operaciones de calentamiento, enfriamiento o desecacin. Se pueden usar tuberas recubiertas con el mismo fin. Es relativamente fcil sellar un transportador de gusano de la atmosfera exterior, para que pueda funcionar al aire libre sin proteccin especial. De hecho, se puede sellar completamente para funcionar en su propia atmosfera con una presin positiva o negativa y el tubo se puede aislar para mantener temperaturas internas en regiones de temperaturas ambiente elevadas o bajas. Otra ventaja adicional es el hecho de que se puede disear con una descarga por debajo para facilitar su limpieza, con el fin de evitar su contaminacin cuando se deban manejar en el mismo sistema, materiales diferentes. Puesto que los transportadores helicoidales se hacen por lo comn con secciones estndar acopladas, es preciso tomar una especial atencin a los esfuerzos de torsin en los acopladores. Los cojinetes de suspensin que sostienen los tramos obstruyen el flujo de los materiales cuando la artesa de carga por encima de su nivel. Asi pues, con materiales difciles, la carga en la artesa se debe mantener por debajo de este nivel o bien utilizar cojinetes de suspensin especiales que minimicen la obstruccin. Puesto que los transportadores de tornillo sinfn funcionan a velocidades de rotacin relativamente bajas, con frecuencia suele desdearse el hecho de que el borde del tramo exterior puede desplazarse con una velocidad lineal relativamente alta. Esto puede crear un problema de desgaste; si es demasiado intenso, se podr reducir mediante la utilizacin de bordes de superficies endurecidas, segmentos desmontables de tramos endurecidos, cubiertas de caucho o aceros con alto contenido de carbono.

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Los clculos de potencia requerida para los transportadores de tornillo sinfn estn normalizados, sin embargo, cada fabricante ha agrupado constantes numricas de maneras distintas y asignado valores ligeramente diferentes sobre la base de variaciones individuales de diseo. Asi pues, al comparar las necesidades de potencia de los transportadores de tornillo sinfn es aconsejable utilizar una formula especifica para equipos especficos. En la fig. 7-1 se muestran disposiciones tpicas de descargas.

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PARTES QUE INTEGRAN UN TRANSPORTADOR HELICOIDAL16A continuacin se presenta en forma ilustrativa las partes que integran un transportador helicoidal de fabricante.

A : Transportador de helicoide. B: Coples y/o flechas. C : Cojinetes de suspensin. D: Tapas de la artesa. E: Artesa y cubierta superior. F: Brida de unin. G: Apertura de descarga. H: Pies de apoyo y sillas de montar.

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El transportador helicoidal Proporciona un movimiento Suave al material que esta Rotando a travs de la artesa.

Los coples y las flechas Conectan y transmiten Movimiento a travs de Las secciones ensambladas Del transportador helicoidal.

Las secciones de cambio Proporciona que cada seccin Individual del transportador Helioidal puedan desmantelarse Sin la necesidad de separar El resto de los componentes Integrantes del transportador.

Los cojinetes de suspensin Proporcionan soporte, Firmeza y mantienen alineado Al eje, adems de servir como Superficies de rodamiento.

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Las tapas de la artesa soportan Al transportador, adems de los Acoplamientos de las flechas de fondo Y de mando, manteniendo alineada a La artesa.

La artesa y las cubiertas Cubren completamente Al material que es transportado Y a las piezas rotatorias del ambiente externo

Las disposiciones de la Alimentacin y de la Descarga pueden ser Ubicadas a criterio segn Las necesidades, para el caso Presente, la alimentacin Ser por un extremo superior, Mientras que la descarga Ser en el otro extremo por La parte inferior de la artesa.

La unidad completa del Transportador helicoidal Esta soportada por las tapas De la artesa por un par de Pies de apoyo, contando Con una Silla (o de igual Forma un pie de Apoyo) en la parte media de la artesa.

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DISEO MECANICO16Esta seccin contiene todos los datos tcnicos pertinentes y los procedimientos para la prescripcin y la especificacin de las caractersticas y detalles importantes de la mayora de las instalaciones para transportadores helicoidales. El primer paso para realizar la ingeniera de un transportador helicoidal es analizar las caractersticas fsicas del material y la velocidad a la que se manipular. La capacidad del transportador helicoidal debe ser definida en trminos de ft3/hr (pies cbicos por hora). Tambin es importante determinar la capacidad mxima que el transportador requerir manipular. Esta capacidad muy a menudo es definida en trminos de ton/hr o lb/hr (toneladas por hora o libras por hora, respect.). Sin embargo, la densidad del material manipulado cambia a menudo. Por lo tanto, el volumen o capacidad mxima, ft3/hr, es el mximo de lb/hr de material dividido por la densidad mnima posible del material. Esta densidad con el valor mas bajo se le considera como densidad aparente, o densidad a granel. Es pues, el volumen de transporte lo que determina las dimensiones de un transportador helicoidal y su velocidad. Las propiedades fsicas del material, para ser completamente entendido, son las sig.: 1. El tamao mximo de terrones y el porcentaje de terrones del volumen total, junto con el tamao de partcula. 2. Caractersticas de fluidez. Este termino esta relacionado al ngulo de reposo. 3. La calidad de un material abrasivo puede definirse al medir su firmeza en la escala de Moh. Si no es posible, se comparar el material de trabajo con otro conocido. 4. Otras caractersticas de relativa menor importancia, son tales como la posible contaminacin del material, corrosividad, degradacin, cambios debido a temperaturas extremas.

Tenga en cuenta que el contenido de humedad, aunque no se toma en cuenta en tablas del tipo de material, afectar las caractersticas de fluidez y la densidad del mismo. Algunos materiales, cuando son muy secos o muy hmedos tienden a tener caractersticas favorables de fluidez. Cuando el contenido de humedad est entre estos extremos tal material puede ser muy lento y tener un alto ngulo de reposo. De ser posible, el material debe ser reclasificado. El diseo del transportador y la seleccin debe continuar con el pleno conocimiento de todas las condiciones que pueden prevalecer. Ningn diseo de un equipo esta completo sin tener en cuenta su uso. Un transportador que se utiliza de forma intermitente durante dos horas al da no tiene que ser construido en gran medida como una que funcionar veinticuatro horas al da.

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o CAPACIDAD REQUERIDA

Del balance de materia a la entrada al secador: m1 = flujo masico a la entrada al secador m1 = 4285.7143 kg/hr m1 = 9448.2237 lb/hr ap = densidad aparente ap = 479.68 kg/m3 ap = 29.948 lb/ft3 Capacidad mxima de carga = m1/ap m1/ap = (9448.2237 lb/hr)/ 29.948 lb/ft3 = 315.4847 ft3/hr

Por razones practicas para el diseo y dimensionamiento del transportador helicoidal, se determin que la capacidad mxima de carga se bifurque a la mitad, es decir, la carga mxima se dividir en dos partes iguales, para la construccin de 2 equipos de coccin de tornillo helicoidal con las mismas especificaciones mecnicas uno igual que el otro; por lo tanto:

Capacidad mxima de carga = 157.74 ft3/hr

o CLASIFICACION DEL MATERIALLos materiales estn clasificados en la tabla 6. Se seleccion al material fish scrap (desechos de pescado, considerando al pescado entero) por poseer las caractersticas fsicas mas prximas al pez diablo.

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Como se aprecia en la tabla, la densidad aparente del pez diablo se encuentra ligeramente fuera del rango de densidades en comparacin al material fish scrap. Sin embargo, como se observa para la columna material class (clasificacin del material), al hacer la referencia a la tabla 4, se advertir la similitud a las caractersticas fsicas reales que presenta el pez diablo, motivo por el cual se seleccion el material fish scrap como referencia de datos. Material class fish scrap (clasificacin de desperdicios de pescado) : 45D745H. Esto quiere decir que los primeros 2 digitos (45) representa la densidad aparente promedio del material; D7 indica el tamao del material granular de 7 (7 pulg.); enseguida, el primer digito (4) representa la fluidez del material (sluggish = lento); el sig. digito (5) representa la abrasividad (mildly abrasive = ligeramente abrasivo); el ultimo digito (H) representa otras caractersticas singulares del material (H = facilidad de descomposicin en almacenamientos prolongados).

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o SELECCIN DEL DIAMETRO Y VELOCIDAD REQUERIDAConocida la clasificacin y capacidad requerida, referirse a la tabla 7, Horizontal Screw Conveyor Capacity (Capacidad del transportador helicoidal). La clasificacin del material indica cul es la carga que ser aplicada. Seleccionar el tamao para la capacidad requerida usando el dimetro del transportador ms grande de acuerdo a la velocidad mxima recomendada. Despus de que el tamao este seleccionado, entonces la velocidad exacta de trabajo del transportador ser determinada dividiendo la capacidad requerida (a mx. rpm) entre capacidad de transporte a 1 rpm.

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Seleccionando los sig. datos:

De acuerdo a la clasificacin del material 45D745H, los dgitos D745 se reducen a D45, siendo para la columna material class code (cdigo para la clasificacin del material), el mas prximo D-46. Para la columna degree of troguh loading (Porcentaje de la carga en la artesa), de acuerdo a la tabla 6, en la columna component group (grupo componente), para fish scrap se tiene: 2A-2B-2C. Seleccionando una carga en la artesa del 30% para materiales abrasivos. Por razones practicas para el dimensionamiento del transportador, en la columna screw dia. Inch (Diamentro del Helicoide en pulg.) se seleccion un dimetro del helicoide de 24 in.

Para determinar la velocidad mxima recomendada para la carga utilizada, se procede de la sig. forma: rpmmax. = carga mx. requerida/carga requerida a 1 rpm = [ft3/hr (requerida)]/[ ft3/hr (a 1rpm)] rpmmax. = (157.74 ft3/hr)/(109.00 ft3/hr) = 1.44 rpm

rpmmax. = 1.5 rpm

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o DIMENSIONAMIENTO GENERALSe seleccion un dimetro del tornillo helicoidal de 24 pulg. Para hallar la geometra preliminar que tendr el transportador, se procede de la sig. forma: L = (Pitch)(rpmt)(tr) Donde: L = longitud del transportador (in). Pitch = tamao de paso entre las aspas del helicoide (in). El Pitch seleccionado es de Dtornillo = (3/4)(24 in) = 18 in. rpmt = velocidad de giro del helicoide de trabajo (1/min). rpmt seleccionado es de 1 rpm tr = tiempo de residencia (min). tr seleccionado es de 15 min. L = (18 in)(1 1/min)(15 min) L = 270 in; L = 22.47 ft; L =6.85 m Por razones prcticas para el diseo mecnico (que se observar mas adelante), la longitud se estimar en:

L =24 ft L = 7.31 mo ESTABLECER EL FACTOR DEl factor D es una constante aplicada a un grupo componente en particular, para un transportador dado. Para establecerlo, localizar el dimetro del transportador y el material de los cojinetes de suspensin en la tabla 2. El valor del factor D es usado para la determinacin de la potencia requerida en el transportador.

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Para un dimetro del transportador de 24 in (size of conveyor) y seleccionando como material de los cojinetes de suspensin de acero o hierro (White iron or manganese Steel), se tiene:

D = 950La designacin del tipo de material para los cojinetes, viene de las especificaciones de los grupos componentes de la tabla 5 mostrada a continuacin:

Donde, de la tabla 6, para el grupo componente (component group) de fish scrap: 2A 2B 2C, se observa que en la tabla 5, para un grupo componente 2D (component group 2D), por usarse para materiales ligeramente abrasivos, el material de los cojinetes se verifica que es de acero. Adems, se dan otras especificaciones: para un dimetro del transportador (screw size) de 24 in: Diametro de los coples (couplig diameter) = 3 7/16 in. Espesor nominal de la artesa: (trough thickness) = 3/16 in. Espesor nominal de las cubiertas = calibre 12.

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o CALCULO DE LA POTENCIA MINIMA REQUERIDALa formula que se da a continuacin arroja la potencia mnima requerida W en unidades de Hp, para la flecha de mando en el transportador.

Donde:W = potencia minima requerida (HP) L = longitud del transportador (ft); D = factor D (tabla 2); S = velocidad de trabajo (rpm) Q = carga mxima requerida de transporte (lb/hr) F = factor F de potencia (tabla 6) n = eficiencia P = constante dada cuando, del cociente P=2 P = 1.5 P = 1.25 P = 1.1 P=1 si si si si si H1 1H2 2H4 4H5 H>5

L = 24 ft D = 950 S = 1 rpm Q = m1 / 2= (9448.2237 lb/hr) / 2 Q = 4724.111 lb/hr F = 1.5 n = 0.8

H=

;

H = 0.193 Por lo tanto:

W = 0.48 hp

W = 0.5 hpCabe sealar que esta es la potencia mnima requerida para poner en movimiento a la flecha de mando del transportador helicoidal que manipular la carga requerida ya indicada.

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Variando la velocidad de giro, para tener una velocidad mxima de operacin deS = 20 rpm

H = 0.626 Por lo tanto:

W = 1.56 hp

W = 2 hp

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o SELECCIN DEL SENTIDO DE GIRO DEL HELICOIDEExisten en varios arreglos los tipos de helicoide; a menos que se especifique lo contrario o por cuestiones especiales, siempre se ha de seleccionar el de giro a mano derecha (right hand). A continuacin se muestran los arreglos mas comunes:

Siendo el seleccionado, como ya se mencion la sugerencia, el de giro mano derecho, con direccin hacia lado derecho.

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o DISEO BASICO DEL TRANSPORTADOR (LAYOUT)Cuando se han seleccionado los componentes para el transportador helicoidal, se debe hacer referencia a la sig. tabla 9 de Recopilacin de datos y disposiciones recomendadas (assembly data and recommended arrangements) para consultar el diseo bsico de las normas y disposicin de dimensiones recomendadas.

Como se observa, para un dimetro del transportador de 24 in ya seleccionado anteriormente, se dan las disposiciones recomendadas para las partes que integran el transportador helicoidal. Una de ellas con singular detalle, es la longitud estndar de la artesa B (standard conveyor trough), que se tiene de 12 ft, que para la longitud destinada en el DIMESIONAMIENTO GENERAL, SERN DOS SECCIONES ESTNDAR

DE ARTESA DE 12 FT PARA TENER UNA LONGITUD TOTAL DEL TRANSPORTADOR DE 24 FT.

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Donde: Dimetro de los coples y flechas (shaft coupling diameter) = 3 7/16 in A = longitud del tornillo. B = longitud de la artesa. C = espacio del ensamble entre dos tornillos de cada artesa D = distancia entre la tapa del fondo de la artesa al centro de la salida de descarga. E = dimetro interno de la artesa. F = distancia entre el centro del tornillo al borde inferior de la salida de descarga. G = distancia de las superficies de cubierta al centro del tornillo. H = distancia entre el centro del tornillo hasta la superficie inferior de las tapas de la artesa. J = distancia de los bordes que sobresalen en los extremos de la artesa. K = detalles en la tapa de la artesa. L = ancho de las tapas de la artesa. M = ancho de los pies de apoyo extremos. N = ancho de la silla o pie de apoyo intermedio. P = dimetro de los pernos de las tapas de la artesa.

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o ENSAMBLE TIPICO DE LA UNIDAD DE IMPULSION (MOTOR)Los motores para los transportadores helicoidales estn disponibles en una gran variedad, todo sea para usarse para la impulsin del movimiento de rotacin necesario para el tornillo. La mayora de los motores proporcionan, mediante su potencia mecnica, una velocidad constante; sin embargo, para diseos particulares que requieren ajustes en la velocidad, es necesaria una transmisin o reductor de velocidad. Para fraccionar la potencia del motor, son acoplados a stos muchos tipos de reductores, que a su vez estn conectados directamente al eje del tornillo, mediante la flecha de mando. El arreglo tpico de los motores en los transportadores se ilustra enseguida, colocando en la flecha de mando un reductor de velocidad, completndolo con una banda en forma de V acoplada al motor. Para este ensamble, la flecha de mando unida al reductor, junto con los cojinetes y los empaques en ambas tapas de la artesa, se combinan para dar la unidad com