SECADOR ROTATORIO

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SECADOR ROTATORIOEl secador rotatorio es el ms utilizado en la industria. Ha sido utilizado por muchos aos ya que presenta muchas ventajas; por ejemplo, en capacidades altas y medianas la inversin en capital es moderada, pueden operar durante aos sin problemas de mantenimiento y su eficiencia trmica es alta (50 a 85% dependiendo del secador).

Un secador rotatorio esta formado por una carcasa cilndrica giratoria horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida. La alimentacin hmeda se introduce por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro lado. Cuando gira la carcasa, unas placas elevan los slidos y los esparcen en el interior de la misma. Los secaderos rotatorios se calientan por contacto directo de aire o gases con el solid, por medio de gases calientes que circulan a travs de un encamisado que recubre la carcasa, o por medio de vapores que condensa en un haz de tubos longitudinales que estn montados en la superficie interna de la carcasa. Este ultimo recibe el nombre de secadero rotatorio de tubos de vapor [1].1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES DE LA OPERACIN

1.1. OPERACIONES DE SECADOEl estudio del secado es de trascendental importancia en Ingeniera Qumica, debido a que es una operacin unitaria bsica, para el manejo de productos slidos. Entre las operaciones unitarias, el secado, en su forma ms primitiva es la primera de todas, pues el hombre desde que fue nmada, sec frutos utilizando la energa solar, no obstante, formas ms elaboradas del secado han surgido. An as, el secado por energa solar, es una forma alternativa, utilizada en procesos de gran volumen y poca velocidad como el secado de granos, sobre todo de caf.

En trminos generales, el trmino secado se refiere a la eliminacin de lquidos, en cantidades grandes, de un material slido, por medio de vapor arrastrado por un gas. El lquido a remover, es generalmente agua, no obstante hay otros.

Existen procesos qumicos industriales importantes en los cuales conviene el secado, entre otros, est el secado de la sal, la cual es pasada, una vez cristalizada por un tnel de aire, para eliminar el exceso de humedad en la misma, tambin se puede mencionar el secado del carbn, de productos alimenticios, de arena, entre otros.

Es usual el uso del secado como medio de preservacin de materiales biolgicos, en ocasiones, se llega hasta el lmite de deshidratacin, para disminuir la actividad bacteriana o microbiolgica en general. Esto se debe, a que la actividad microbiolgica cesa a niveles de humedad menores del 10%.

1.2. SECADORES ROTATORIOS

En general, un secador rotatorio consta de un cilindro hueco que gira sobre su eje, con una ligera inclinacin, para permitir el desliz de los slidos a secar hacia la boca de salida. Se alimentan por la boca de entrada y por la boca de salida se alimenta el gas caliente, que habr de secar a contracorriente el slido que se desliza despacio hacia la salida, a medida que se va secando.

El mtodo de calentamiento es por contacto indirecto a travs de la pared del cilindro que se calienta por el paso de los gases.

Las partculas atraviesan una seccin relativamente corta, a medida que se deslizan, mientras su humedad disminuye de la misma manera en que descienden.

Secadores de tambor rotatorio

Consta de un tambor de metal calentado, como se observa en la figura 3, en las paredes se evapora el lquido, mientras una cuchilla metlica, raspa lentamente el slido, para que descienda por el tambor, hasta la salida.

Este tipo de secadores son tpicos del trabajo con pastas, suspensiones, y soluciones. El tambor resulta como un hbrido entre un secador y un evaporador.

Figura 3: Secador rotatorio de tambor.

1.3. CONTENIDO DE HUMEDAD DE EQUILIBRIO

Al igual que todo proceso de transferencia, el motor principal de la transferencia es un gradiente. Por ejemplo, en la transferencia de momentum, el gradiente era de presin (o altura, que induce una presin), para la transferencia de calor, era un gradiente trmico, en este caso, es un gradiente de concentracin, ms especficamente para secado de concentracin de lquido en la corriente de vapor y el slido, que se entiende como humedad.

Cuando se coloca en un secador un slido, debido a la gran cantidad de aire que se hace fluir, a pesar que el aire se humedece, su variacin de humedad no es considerable, por ende se considera como una humedad constante. El comportamiento de la humedad de un slido con respecto del tiempo es decreciente asinttico, este valor lmite al cual tiende la humedad luego de un tiempo suficientemente largo, supuesto infinito, se considera como su humedad al equilibrio, que es el contenido de humedad mnimo para una humedad de aire determinada. Este valor se expresa en lb de H2O por lb de slido seco, o bien Kg.

Este tipo de datos suele estar tabulado en manuales especficos para cada material, no obstante, para materiales biolgicos, estos datos suelen tomarse experimentalmente, lo cual no supone una tcnica en exceso complicada, sino todo lo contrario, intuitiva.

A toda humedad que sobrepase la humedad en equilibrio, se le considera la humedad libre, que es la que obviamente puede ser removida an del slido. Ntese que esta temperatura de equilibrio, depende nicamente o casi solo de las propiedades del gas, es decir, humedad relativa, temperaturas de bulbo hmedo y seco, entalpa, etc.

Tiempo (h) VS Humedad libre

Figura 4: Grfica de secado

Humedad Relativa VS VelocidadFigura 5: Grfica de secado Se ha dividido la grfica en 4 segmentos, se puede observar que en la primera etapa la velocidad de secado es creciente, en forma exponencial, es decir, que en este punto la eficiencia del secado es sumamente alta. Una vez, se prosigue, se crece en forma lineal, en este punto en secado sigue acelerando, pero ya no en la misma proporcin que sola ser en la parte exponencial.

Finalmente se llega a un tramo en que la velocidad de secado es constante, aqu no hay que confundir los trminos, puesto que la velocidad de secado no decrece, pero dej de crecer, es decir, la grfica de la aceleracin de secado, sera creciente en el primer segmento, constante en el segundo y en este sera cero, finalmente sera negativa en el rea de velocidad decreciente.2. DESCRIPCION DE LA OPERACIN

Los slidos se colocan en una tolva y se alimentan mediante un alimentador tipo ncora que regula el flujo. El secador est inclinado aproximadamente 1 con respecto a la horizontal, para facilitar el flujo de los slidos; cuenta adems, con unas paletas de tipo aspas de borde 90 para levantarlos y esparcirlos en la corriente gaseosa. El aire para el secado se impulsa por un ventilador de tiro inducido y se calienta al cruzar una cmara en la que se quema gas domstico. El flujo del aire es en la misma direccin del slido; es decir, los flujos son paralelos. Los slidos despus de pasar a travs del cilindro, salen por una compuerta y caen a un recolector. El aire a su vez, pasa por un recolector ciclnico para recuperar los slidos que hayan sido arrastrados y finalmente, por un medidor de tipo Venturi con garganta cuadrada, con el cual se determina la velocidad de los gases.

3. DISEO DEL EQUIPO

4. DESCRIPCION DEL EQUIPO El secador rotatorio consiste en una coraza cilndrica sostenida sobre engranes, de manera que pueda girar sobre su propio eje. Est montado con una pequea inclinacin respecto a la horizontal, que junto con una Hlice en el cilindro impulsa a los slidos alimentados para que fluyan hasta la salida del cilindro secador. El medio de secado es generalmente aire que se calienta previamente con combustible, vapor sobrecalentado o en bajas capacidades con resistencias elctricas. Su operacin es comnmente de tipo directo, habiendo secadores de tipo indirecto.

Los secadores rotatorios cuentan con aletas en su interior que sirven para levantar el slido y esparcirlo en la corriente gaseosa, mejorando la transferencia de calor.

El gas utilizado como medio de secado puede fluir en paralelo o a contracorriente con respecto al flujo de slido a secar, ste ltimo se utiliza en materiales sensibles al calor como en el caso de la alfalfa, yeso y piritas de hierro.

La capacidad evaporativa tpica de secadores rotatorios varia entre (1000 y 6000 BTU/hr pie3). El slido ocupa del 5 al 15% del volumen del cilindro. Su relacin longitud/dimetro vara entre 4 y 15. La velocidad ptima del gas a travs del cilindro es de 1.7 a 3.4 m/s (4.9 a 9.8 pies/s). El tiempo de retencin de slido en secadores rotatorios comerciales vara de 5 min. a 2 hr. La pendiente del cilindro est comprendida entre el 2.5 y 5% con respecto a la horizontal.

En los secadores continuos se pueden distinguir 3 zonas de secado:

a) Zona I o de pre-calefaccin.

b) Zona II, en la que se evapora la humedad superficial y la no ligada.

c) Zona III, en la que tiene lugar la evaporacin de la humedad ligada.

La humedad ligada es aquella que se encuentra dentro de las paredes celulares (en el caso de productos vegetales), en combinacin qumica, en pequeos capilares y poros y adsorbidos en la superficie de slidos. Es aquella humedad que ejerce una tensin de vapor menor a la del agua pura. La humedad no ligada es aquella que contiene el slido en excedencia de la ligada. La figura 2 muestra el comportamiento de las temperaturas del gas y del slido a lo largo del secador.

En funcin de la temperatura a la cual se lleva a cabo la operacin, el secado se puede dividir en: Secado de baja y de alta temperatura. En el primero la temperatura del gas es del mismo orden que la de ebullicin del agua mientras que en el segundo es bastante superior a sta.

En el secado a temperatura elevada no se puede despreciar la longitud de la zona I de precalefaccin. Por lo tanto la evaporacin que ocurre en las zonas II y III es relativamente pequea y se pueden considerar despreciables.

Debido a esto, no se pueden establecer modelos sencillos en base a las leyes de transferencia de masa en la interfase, por lo que suelen aplicarse las leyes de transferencia de calor.

5. BALANCE DE MATERIALES:

El balance de masa queda:

Donde:

De otra forma:

Para el clculo se G2 se utiliza la cada de presin en el Venturi con las siguientes frmulas:

BALANCE DE ENERGIA:

6. USOS:

Los Secadores Rotatorios son apropiados para el secado continuo de minerales en polvo en plantas de chancado, concentracin y fundicin flash.

En los secadores rotatorios que usan el principio de calentamiento por llama directa, el calor se transfiere al material principalmente por conveccin.

Cada aplicacin de secado es un caso particular y el dimensionamiento del secador se basa en la vasta experiencia en aplicaciones similares y en las pruebas de secado llevadas a cabo en el laboratorio.

Los secadores rotatorios se dividen en dos tipos, conforme a las direcciones de la corriente de material a ser secado y de los gases de secado. La eleccin entre un secador rotatorio de co-corriente o uno de contra-corriente se efecta de conformidad con las propiedades del material a ser secado:

Grado de secado

Calor especfico

Capacidad de evaporacin de humedad

Inflamabilidad

Propiedades de sinterizacin

7. REPRESENTACION DEL EQUIPO

8. APLICACIONES INDUSTRIALES

9. SERVICIOS AUXILIARES

AIRE:

Se requiere de una compresora de aire para poder utilizar el aire del medio y emplear aire seco para la combustin de los gases combustibles.

A centrifugal compressor containing four impellers.

An axial-flow compressor.

ENERGIA ELECTRICA:

Se requiere energa elctrica para el funcionamiento de las bombas, el compresor el sistema de rotacin del cilindro y para el ventilador.

COLECTOR DE BOLSAS:

Se requiere de un colector de bolsas para recuperar el material suspendido, luego de la operacin de ciclonaje. El cual es almacenado.

RESUMEN El secado es una operacin en donde se transfiere un lquido procedente de un slido hmedo a una fase gaseosa no saturada. Cuando un material se seca, se transfiere calor para evaporar al lquido. El mecanismo del proceso del secado es regido por los principios de transferencia de masa y calor y consisten en el transporte de masa desde el interior del slido a la superficie, la vaporizacin del lquido, en o cerca de la superficie y el transporte de vapor hacia la masa gaseosa. Simultneamente se transfiere calor de la masa gaseosa a la fase slida, donde todo o una porcin del calor vaporiza el lquido o se acumula en el slido como calor sensible.

En el siguiente informe se presenta, el funcionamiento de un secador, describiendo sus partes principales, sus usos en la industria, detallando la operacin del secado, presentando tambin los balances de materia y energa que se llevan a cabo en el equipo, adems de la simbologa de que se utiliza para representarlo en un diagrama de flujo y los servicios auxiliares que requiere para su funcionamiento.

El secador rotatorio estudiado es el ms utilizado en la industria. Ha sido utilizado por muchos aos ya que presenta muchas ventajas; por ejemplo, en capacidades altas y medianas la inversin en capital es moderada, pueden operar durante aos sin problemas de mantenimiento y su eficiencia trmica es alta (50 a 85% dependiendo del secador).

Combustible y aire

EQUIPO:

SIMBOLOGIA:

SECADOR DE TAMBOR ROTATORIO

H-310

MATERIAL SECO

GASES DE CHIMENEA

GASES DE COMBUSTION

AIRE

SECADOR

ROTARORIO

MATERIAL HUMEDO