Informe Practicas Secador Spray

INFORME PRÁCTICA SOBRE SECADO EN SPRAY

EDISNEY SIERRACOD: 38.879.285

GRUPO211612_3

INFORME PRESENTADO AL TUTORCARLOS DAVID FRANCO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGIA E INGENIERÍA

INGENIERIA DE ALIMENTOS

MAYO DE 2014

INTRODUCCIÓN

El agua de las materias primas que entra al secador es evaporada de la

superficie de numerosas gotas pequeñas (1 litro de concentrado es atomizado

logrando una superficie total de 120 m2). Estas gotas son generadas por un

atomizador, ya sea una rueda rotativa o una tobera de alta presión. Las gotas

son introducidas en una corriente de aire caliente que, debido a la evaporación

de agua, es enfriado. Este aire enfriado y húmedo es descargado del secador y

descargado a la atmósfera. Las partículas secas son enfriadas y embolsadas.

Se considera el secado como el primer método de conservación utilizado por el

hombre, mediante sencillos métodos ha secado carne, vegetales, que una vez

secos, transforman sus propiedades organolépticas irreversibles una vez

humidificados cambia al del original.

El secado spray es una tecnología novedosa con aplicaciones en múltiples

industrias, y su proceso consiste en impulsar a través de una bomba el

producto líquido que se encuentra alojado en el tanque de alimentación, a

través del filtro de producto hasta el atomizador. El generador de aire caliente

provee la temperatura necesaria para la corriente de aire, que forzada por el

ventilador, circula a través del dispersor, distribuyéndose uniformemente

alrededor del disco atomizador, del cual fluye el líquido atomizado. Cuando

este último choca con el aire caliente, el secado se produce en forma casi

instantánea, debido al tamaño de la gota. Como parte de esta, el sólido

(producto en determinada concentración), cae en forma de polvo en el interior

de la cámara de secado, siendo aspirado por el ventilador, luego es llevado a la

tubería hasta el ciclón, que es encargado de separar el polvo del aire y

extraerlo en forma de producto terminado. Este último sale a través de una

válvula rotativa para su envasado. El aire separado se conduce al exterior por

medio de una chimenea, en algunos casos llevando consigo un muy pequeño

porcentaje de polvo.

El proceso de secado en spray depende de la composición del producto.

Algunos son fáciles y otros muy difíciles de evaporar.

Para un correcto funcionamiento del secado por spray la dosificación del

producto debe ser uniforme (no pulsante) y constantemente controlado por

microprocesador. La correcta variación gradual de la dosificación, hace que el

equipo tenga un período de trabajo continuo, sin eventuales interrupciones.

Resumen

El secador spray se utiliza dentro de la práctica de leches para la producción

de leche en polvo. El secador se alimenta leche descremada con un contenido

de agua del 95% en base húmeda y se pone en contacto paralelo con aire a

120 ºC (previamente calentado por combustión de metano). Con esta

operación se obtiene una partícula de polvo de una humedad deseada. El

alimento es atomizado por medio de un sistema de disco centrífugo de

velocidad de rotación variable.

OBJETIVO GENERAL

Estudiar el funcionamiento de un secador spray.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar la influencia del caudal de alimentación, el tiempo de

operación y la temperatura del aire de secado, sobre la cantidad de

producto final a obtener.

Conocer el funcionamiento de un secador spray y el de un calentador de

aire.

Utilizar adecuadamente la curva de operación del sistema planteado en

la práctica.

MARCO TEORICO

El secado spray es una tecnología novedosa con aplicaciones en múltiples

industrias. Dada su versatilidad hay quienes lo conocen también como secado

por atomización, spray dryer y secado por aspersión. Algunas ventajas que

ofrece el secado spray son:

Alto rendimiento, pues el proceso es muy rápido (algunos segundos).

La evaporación del agua contenida, refrigera la partícula permitiendo

usar altas temperaturas de aire de secado sin afectar las cualidades del

producto.

Proceso continuo y constantemente controlado.

Homogeneidad de la producción.

Inmejorable presentación del producto.

Un solo operario maneja la instalación.

Fácil automatización.

Puede trabajar continuo (24 horas).

Proceso de Secado

DIAGRAMA DE FLUJO PARA SECADO EN SPRAY

El producto líquido que se encuentra en el tanque fluye hacia la bomba

dosificadora a través de la válvula y filtro, aquí es impulsado por la tubería

hasta el atomizador donde es pulverizado por el disco. En este punto se

encuentra con el aire y es aquí, en la cámara, donde se produce el secado,

luego este producto seco mezclado con el aire de salida se dirige a través del

Bomba de pistón Filtro de leche

Filtro para aireComprensorMedidor de flujo

Tanque de secado Ciclón Medidor de nivel

Transportador de tornillo

Transporte de almacenamiento del producto

conducto hasta el ciclón que separa el aire del polvo, éste último sale mediante

la válvula rotativa para su empaque. El aire que realiza el secado es calentado

mediante el horno y forzado a través de toda la instalación por el ventilador que

lo impulsa hasta la atmósfera.

En algunos casos se usan toberas en lugar de disco atomizador.

Productos que se secan

Lácteos: Leche entera desnatada, suero de manteca, suero, crema, crema

para helados, alimentos infantiles, dietéticos, leche malteada, crema de

queso, caseinatos, leche de cacao, sucedáneos de leche.

Cereales: Glucosa, extracto de malta, almidones, gluten, proteína y leche

de soya, carbihidratos, maltodextrina.

Café, Té, Mate: Instantáneos, sucedáneos.

Farmacéuticos: Vitaminas, enzimas, antibióticos, suero humano estéril,

dextran, extracto de hígado, gomas.

Plásticos: Emulsión de cloruro y acetato polivinílico, de polietileno,

melanina, productos de formaldehido de urea y fenol nitrilo acrilato, resina

acrílica.

Detergentes: Para la ropa fina y lavadoras mecánicas (beads), jabón en

polvo (mediante enfriamiento por atomización).

Cerámicas: Arcillas para sanitarios, pisos, paredes, lozas, ferritos,

estatuillas, caolín, esmalte, porcelanas.

Minerales: Secado de concretados.

Química Inorgánica: Compuestos de aluminio, azufre, arsénico, bario,

bromo, carbono, cloro, cromo, flúor, hidróxidos, yodo, magnesio, molibdeno,

nitrógeno, óxidos, fósforo, titanio, tungsteno, uranio, zirconio.

Química Orgánica:

1. Ácidos Orgánicos: Aminoácidos, acido salicílico, cítrico, maloico,

ascórbico.

2. Sales Orgánicas: Ftalatos, estearatos, salicicatos, benzoatos, butiratos,

gluconatos, lactatos, sacaratos, sorbatos y muchos otros.

3. Compuestos Nitrogenados: Hidrazina, cloraminas, úreas, otras.

Entre algunos de los productos alimenticios que se pueden secar con esta

tecnología encontramos a la leche entera, desnatada, suero y el huevo entero.

En la práctica específica presentada en el Virtual Plant se utiliza el secador

spray, para obtener leche en polvo a partir de leche descremada.

SECADOR DE CHORRO “SPRAY DRYERS”Estos equipos son de amplio uso para materiales pulverizados y su operación se basa en la atomización del material húmedo por un gas caliente, usualmente aire.

El chorro o spray puede formarse por una tobera de doble orificio, de alta presión o un disco centrífugo perforado. Las toberas de doble orificio no producen un material uniforme y son de baja eficiencia para aftas capacidades, razón por la cual su uso se ha restringido a operaciones de baja presión y trabajos de planta piloto. La tobera de alta presión es apropiada para uso en contracorriente, ya que el chorro puede dirigirse directamente a la alimentación. Sin embargo, no tienen flexibilidad al variar la tasa de alimentación o tasa de humedad. Para obviar este problema se instalan toberas que se van operando a medida que la alimentación o la humedad aumentan.

Las toberas se desgastan fácilmente y con algunos materiales se obstruyen, siendo necesario aseo y mantenimiento periódico.

Los discos centrífugos son elementos más versátiles que las toberas, pues manejan con gran flexibilidad la tasa de alimentación o contenido de humedad. Permite igualmente el manejo de productos con tamaños de partícula mayores que los que pueden manejar las toberas.

Los secadores de chorro también llamados atomizadores, el flujo puede ser concurrente, en contracorriente o una combinación de los dos. El flujo concurrente es aplicable a materiales muy sensitivos al calor, pues la tasa inicial de evaporación, muy alta, mantiene los sólidos a temperaturas cercanas a la temperatura de bulbo húmedo y rápidamente pueden ser enfriados los gases circundantes a la alimentación.

Altas temperaturas de entrada del aire y bajas temperaturas de salida del producto hacen que estos equipos tengan una eficiencia térmica alta; sin embargo, no se obtienen productos de bajo contenido de humedad porque el producto abandona la cámara de secado con el gas húmedo. De otra parte el producto tiene la tendencia a disminuir su densidad ya que el vapor que se escapa rápidamente de las partículas, tiende a aumentar el tamaño de estas y por consiguiente a disminuir la densidad. En algunos casos se producen pequeñas esferas huecas, por la expansión del vapor dentro de la partícula.

El flujo en contracorriente se usa para productos de alta densidad, las partículas obtenidas son esferas o gránulos sólidos y en ocasiones se forman aglomeradas ya que pequeñas partículas pueden ser mantenidas en suspensión por la corriente del gas y luego aglutinadas por las partículas húmedas. El producto así obtenido es menos uniforme.

Los secadores de chorro son indicados para la producción de altos volúmenes de materiales sensitivos al calor con contenidos críticos de humedad bajos. Las partículas atomizadas tienen una gran área superficial y la evaporación es tan rápida que la temperatura del material se mantiene baja, aun con altas temperaturas del gas. Adicionalmente, el tiempo de exposición a los gases calientes así como el tiempo de secado son muy cortos.

Como desventajas de este equipo se anotan: su inflexibilidad a las variaciones de humedad o alimentación; la recuperación de partículas suspendidas en las corrientes de aire o la remoción de las paredes del recipiente y los costos de los equipos que son comparativamente muy altos respecto a otros equipos de similar capacidad.

COMPETENCIAS

Para la presente práctica el estudiante debe estar en capacidad de:

Desarrollar e interpretar una curva de operación de secado.

Realizar simulaciones que le permitan encontrar las relaciones

existentes entre las diferentes variables que intervienen en el proceso.

Reconocer la funcionalidad de cada uno de los equipos que intervienen durante el proceso de secado.

Comprender adecuadamente las restricciones a las que está sujeto el proceso.

PROCEDIMIENTO

El estudiante debe variar el flujo de leche descremada alimentada al secador,

la temperatura del aire de secado y el tiempo de operación del equipo en un día

de trabajo; se debe determinar el tiempo que transcurre para que la gota

cambie su humedad y se convierta en partícula de polvo.

Además se debe determinar la cantidad de leche en polvo producido, en

unidades de nivel del tanque de almacenamiento. Por último el estudiante

deberá registrar el caudal del aire necesario para el secado correspondiente.

A continuación se relacionan las variables de entrada y salida a tener en cuenta

para la presente práctica.

Variables de entrada

Caudal de leche descremada alimentada al secador.

Temperatura del aire de secado.

Tiempo de operación del equipo para una jornada de trabajo.

Variables de salida

Caudal del aire de secado.

Nivel de leche en polvo producido, en el tanque de almacenamiento.

De igual forma seguidamente se relacionan los equipos que intervienen durante

el proceso de obtención de la leche en polvo respectiva.

Lista de equipos

Secador spray.

Calentador de aire (por combustión de metano).

Soplador de aire.

Tanque de almacenamiento de leche en polvo.

Transportador de tornillo.

Ciclón.

De otro lado se debe tener en cuenta las siguientes restricciones para este

proceso de secado:

Las gotas y partículas atomizadas se distribuyen uniformemente

dentro del secador y su tiempo de residencia coincide con el del aire

de secado.

Las pérdidas de calor hacia los alrededores se consideran

despreciables.

No se consideran pérdidas significativas por arrastre de leche en

polvo, en la corriente saliente de aire.

El aire no se satura durante su recorrido al interior del secador.

La diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de aire es de

20 ºC.

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

A continuación se establecen las actividades que deben realizar los estudiantes

una vez realizada la práctica de secado con la herramienta Virtual Plant.

Los estudiantes deben confrontar todos los resultados desde una óptica

constructiva mediante la realización de un análisis comparativo. Esto es, se

debe revisar la concordancia entre lo simulado y lo establecido por la teoría de

transferencia de masa. Por ejemplo si se esperaba que al incrementar la

temperatura del aire a la entrada, se obtuviera mayor cantidad de producto,

esto se debe evidenciar en las simulaciones obtenidas e inferir si existe o no

dicha concordancia con la teoría.

Con ayuda del diagrama de flujo de proceso evidenciado durante la simulación

para esta práctica, ubique en este el nombre correspondiente a cada uno de los

equipos que aparecen allí.

Variables

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Una vez obtenidos los valores arrojados por el equipo del simulador, se procede a filtrar la información tomando como punto de partida los flujos entrantes a diferentes temperaturas, esto con el fin de observar detenidamente el comportamiento del proceso y del producto final.

He aquí los resultados:

Entrada - Flujo 1 Salida - Flujo 1

Temperatura del aire (°C)

Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de

operación - día del equipo

(hr)

Flujo de

aire (m)

Tiempo de secado de la gota de

leche (segundos)

Nivel en el tanque de

almacenamiento (m3/s)

90 0,000068 4 3,7 0,26 7,41

100 0,000068 4 3,54 0,31 7,06

110 0,000068 4 3,32 0,28 6,89

120 0,000068 4 3,19 0,28 7,01

90 0,000068 8 3,72 0,54 7,36

100 0,000068 8 3,51 0,53 7,06

110 0,000068 8 3,34 0,56 6,91

120 0,000068 8 3,19 0,58 6,98

90 0,000068 12 3,7 0,74 7,4

100 0,000068 12 3,49 0,75 7,05

110 0,000068 12 3,29 0,75 6,92

120 0,000068 12 3,18 0,74 6,97



Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de


(hr)

Flujo de

aire (m)


leche (segundos)



90 0,000085 12 3,7 1 9,22

100 0,000085 12 3,48 0,93 8,82

110 0,000085 12 3,36 1,01 8,6

120 0,000085 12 3,22 0,98 8,74

90 0,000085 8 3,71 0,66 9,25

100 0,000085 8 3,47 0,69 8,82

110 0,000085 8 3,33 0,63 8,65

120 0,000085 8 3,16 0,64 8,74

90 0,000085 4 3,77 0,33 9,28

100 0,000085 4 3,5 0,38 8,81

110 0,000085 4 3,33 0,37 8,66

120 0,000085 4 3,18 0,31 8,71



Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de


(hr)

Flujo de

aire (m)


leche (segundos)



90 0,000102 4 3,71 0,42 11,09

100 0,000102 4 3,55 0,45 10,58

110 0,000102 4 3,31 0,44 10,33

120 0,000102 4 3,21 0,45 10,43

90 0,000102 8 3,71 0,78 11,05

100 0,000102 8 3,53 0,74 10,59

110 0,000102 8 3,37 0,8 10,32

120 0,000102 8 3,2 0,78 10,45

90 0,000102 12 3,71 1,17 11,06

100 0,000102 12 3,51 1,2 10,56

110 0,000102 12 3,31 1,17 10,33

120 0,000102 12 3,14 1,13 10,45



Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de


(hr)

Flujo de

aire (m)


leche (segundos)



90 0,000119 4 3,75 0,45 12,92

100 0,000119 4 3,53 0,44 12,34

110 0,000119 4 3,35 0,48 12,07

120 0,000119 4 3,16 0,48 12,21

90 0,000119 8 3,69 0,95 12,9

100 0,000119 8 3,54 0,89 12,34

110 0,000119 8 3,36 0,88 12,06

120 0,000119 8 3,14 0,88 12,13

90 0,000119 12 3,74 1,31 12,9

100 0,000119 12 3,55 1,34 12,28

110 0,000119 12 3,36 1,37 12,07

120 0,000119 12 3,14 1,33 12,21



Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de


(hr)

Flujo de

aire (m)

Tiempo de secadeo de la gota de

leche (segundos)



90 0,000136 4 3,73 0,58 14,77

100 0,000136 4 3,47 0,51 14,02

110 0,000136 4 3,35 0,58 13,75

120 0,000136 4 3,18 0,56 13,9

90 0,000136 8 3,72 1,03 14,79

100 0,000136 8 3,5 0,99 14,03

110 0,000136 8 3,29 1,03 13,79

120 0,000136 8 3,2 1,07 13,91

90 0,000136 12 3,76 1,5 14,77

100 0,000136 12 3,47 1,54 14,04

110 0,000136 12 3,34 1,55 13,74

120 0,000136 12 3,16 1,56 13,87



Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de


(hr)

Flujo de

aire (m)


leche (segundos)



90 0,000153 4 3,75 0,62 16,58

100 0,000153 4 3,51 0,58 15,79

110 0,000153 4 3,35 0,57 15,54

120 0,000153 4 3,15 0,61 15,61

90 0,000153 8 3,69 1,18 16,63

100 0,000153 8 3,51 1,16 15,79

110 0,000153 8 3,36 1,16 15,51

120 0,000153 8 3,22 1,2 15,66

90 0,000153 12 3,76 1,69 16,63

100 0,000153 12 3,5 1,68 15,78

110 0,000153 12 3,31 1,76 15,52

120 0,000153 12 3,15 1,71 15,65

El

comportamiento del secado en Spray de la leche a diversos flujos se puede apreciar en los siguientes gráficos:



Flujo de leche -

alimento (m^3/s)

Tiempo de


(hr)

Flujo de

aire (m)


leche (segundos)



90 0,00017 4 3,71 0,7 18,43

100 0,00017 4 3,55 0,67 17,59

110 0,00017 4 3,36 0,7 17,2

120 0,00017 4 3,2 0,67 17,37

90 0,00017 8 3,73 1,26 18,4

100 0,00017 8 3,54 1,24 17,53

110 0,00017 8 3,33 1,3 17,18

120 0,00017 8 3,22 1,31 17,38

90 0,00017 12 3,69 1,91 18,43

100 0,00017 12 3,5 1,86 17,58

110 0,00017 12 3,36 1,92 17,24

120 0,00017 12 3,19 1,86 17,39

ANALISIS DE RESULTADOS:

De acuerdo con los resultados obtenidos en las graficas, se puede comentar varias cosas:

1. Independientemente del flujo de entrada de la leche, los niveles de almacenamiento van disminuyendo a medida que la temperatura va aumentando en el transcurso del tiempo de operación del equipo, esto es debido a la pérdida de agua y de sólidos presentes en la materia prima.

2. Existe una ligera variabilidad en el comportamiento del tiempo de secado de la gota de leche, la más notable es la que se forma para el flujo 2, esto es a que se presentaron 2 datos mínimos de 1 segundo en el registro lo cual altera el promedio del tiempo de secado y por ende la curva. Para los demás gráficos la uniformidad del secamiento es evidente, y se concluye que en la medida en que el tiempo de operación va en aumento el tiempo de secado responde de igual forma, esto es debido a las posibles condensaciones que se puedan presentar al interior del equipo. La pérdida de presión negativa (vacío) en el equipo puede generar este tipo de anomalías.

3. Vemos que el flujo del aire va cayendo en la medida que aumenta la temperatura, ya que al entrar al sistema va perdiendo parte de la humedad que lo acompaña. Un detalle que debe quedar claro en este análisis es como la curva del flujo de aire se va acercando al eje horizontal en la medida que va disminuyendo el flujo de entrada de la materia prima, esto tiene que ver mucho con los diámetros de las tuberías o ductos que hacen parte del sistema, además del control que se le da al flujo continuo y constante del producto y de las temperaturas a manejar durante el proceso.

CONCLUSIONES

Con la elaboración de la simulación de secado en spray, se puede observar que la temperatura y el tiempo afecta mucho el procesamiento de un alimento, tanto así que se puede observar cómo es afectado el nivel de rendimiento en el proceso.

Las razones para realizar el secado de un material son tan amplias como la variedad de materiales que necesitan o pueden ser secados. Por ejemplo, algunos polvos necesitan perder humedad antes de ser prensados, asunto que es de importancia en la industria farmacéutica.

El secado puede también disminuir los costos de transportación, pero debe hacerse un balance económico entre el costo de secar una parte de la humedad y el de transporte del resto. Es importante evitar hacerlo en exceso ya que implica el gasto de más energía y en ocasiones, la degradación del producto.

Varias observaciones experimentales aparte de la realizada en esta práctica acerca del desarrollo de los fenómenos que rigen el secado han llevado a la división formal de dos períodos de secado: Velocidad Constante y Velocidad decreciente de secado. El contenido de humedad en el tiempo de transición entre estos dos períodos – que se llama punto crítico – se conoce como humedad crítica. Debido a que en raras ocasiones la tasa de secado en la primera etapa es realmente constante se prefiere el nombre de período inicial.

No es nuevo el conocimiento del vapor sobrecalentado como una mejor alternativa para el secado. Se han hecho investigaciones sobre secado con vapor con secadores de lecho fijo por lotes, lechos fluidizados, spray e impregnación. Sin embargo, la aceptación de esta tecnología no se abre camino fácilmente por la falta de conocimiento acerca del uso del vapor sobrecalentado y los equipos necesarios para manipularlo.

BIBLIOGRAFÍA

FONSECA, Víctor Jairo. Transferencia de Masa. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Santa Fe de Bogotá, 2007.

http://www.scribd.com/doc/15456844/Secado-por-atomizacion

http://www.e-industria.com/ar8/ar_hgsAbcBu-aplicaciones-de-secado-spray-para-la-industria-de-alimentos.htm

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/patino



http://www.scribd.com/doc/15456844/Secado-por-atomizacion

Informe Practicas Secador Spray

Documents

Transcript of Informe Practicas Secador Spray