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Secado, Operaciones unitarias II.

SECADORES DE BANDA TRANSPORTADORA Y DE TUNEL

REYNALDO ESPITIA PETROCHARLY DE AGUAS RODRIGUEZ

EVERALDO JOAQUIN MONTES MONTESPROFESOR

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBAFACULTAD DE INGENIERÍASINGENIERIA DE ALIMENTOS

2012-1


1. INTRODUCCIÓN

Las operaciones de secado pueden clasificarse ampliamente según que por lotes o continúas. Estos términos pueden aplicarse específicamente desde el punto de vista de la sustancia que está secando. Así, la operación denominada secado por lotes, generalmente es un proceso en semilotes, en donde una cierta cantidad de sustancia que se va a secar se expone a una corriente de aire que fluye continuamente, en la cual se evapora la humedad. En las operaciones continuas, tanto la sustancia que se va a secar, como el gas pasan continuamente a través del equipo. Generalmente, no se utilizan métodos normales por etapas; en todas lás operaciones ocurre el contacto continuo entre el gas y la sustancia que se seca. El equipo que se utiliza para el secado se puede clasificar de acuerdo con el tipo del equipo y por la naturaleza del proceso de secado. (Treybal 1990). En el presente trabajo se darán a conocer detalles sobres dos secadores de tipo continuo tales como secadores de túnel y de banda transportadora.


2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Adquirir conocimientos sobre los secadores de túnel y de banda transportadora

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Establecer diferencias y similitudes entre un secador de banda transportadora y un secador de túnel.

Estudiar las ventajas y desventajas de los secadores bajo estudio. Conocer las características principales de un secador de túnel y un secador de

banda transportadora.


3. SECADORES CONTINUO

3.1. SECADORES DE CINTA TRANSPORTADORA

También llamados de cinta-túnel, son secadores continuos con circulación de aire a través del material que se traslada sobre un transportador de cinta. La cinta transportadora se desplaza a una velocidad fijada por el tiempo de secado; suele ser de malla metálica entrelazada o de láminas de acero perforada. El producto húmedo se carga automáticamente, en un extremo de la cinta, en capas de 10 a 15 cm de espesor. Cuando son necesarios tiempos de secado muy largos, se puede conseguir reducir las dimensiones totales del equipo montando en su interior dos o tres cintas superpuestas.

El calentamiento del aire se consigue normalmente por medio de vapor que condensa en el interior de un haz de tubos, atravesados exteriormente por el aire de secado. También pueden utilizarse gases de combustión para realizar esta calefacción. Los secaderos de cinta transportadora están concebidos fundamentalmente para el secado a gran escala de un sólo producto a lo largo de su campaña de recolección. (Fito et al. 2001)

Figura 1: Secador de banda transportadoraFuente: Silk Screen Printing Equipment.

3.1.1. DIRECCIÓN DEL FLUJO AIRE RESPECTO A LA SUPERFICIE DE SECADO

3.1.1.1. Flujo paralelo

En este sistema la dirección del aire de secado fluye paralelo a la superficie de secado. El contacto del aire ocurre, primordialmente en la interface entre el aire de secado y la


superficie del sólido a secar con, posiblemente, cierta penetración del aire en el material cerca de la superficie.

Figura 2: Flujo paraleloFuente: Bermúdez, et al 2004

3.1.1.2. Flujo a través de la banda

En este caso, el aire de secado fluye a través de la cama de material, circulando más o menos libremente por los intersticios entre las partículas sólidas. Esto puede ocurrir cuando la cama se encuentra en estado estático, fluidizado o diluido.

Figura 3: Flujo a través de la banda.Fuente: Bermúdez, et al 2004


3.1.1.3. Flujo en contracorriente

En este sistema, el producto húmedo entra a la cámara de secado en dirección contraria a la corriente de aire y es descargado caliente del mismo. Este tipo de circulación se usa cuando las temperaturas de secado son bajas, obteniéndose buenos resultados en el tiempo de secado.

Figura 4: flujo en contracorrienteFuente: Bermúdez, et al 2004.

3.1.2. CLASIFICACIÓN DE SECADORES DE BANDA TRANSPORTADORA.

3.1.2.1. Secador con circulación a través de la banda perforada: En el cual el material húmedo en forma de partículas es alimentado a una banda perforada, la cual circula a lo largo de una cámara de secado donde se sopla aire caliente que atraviesa la banda y el material. Habitualmente es necesario un equipo de preformado para convertir el material húmedo en partículas de la forma requerida aunque en algunos casos la alimentación ya tiene el tamaño correcto.

3.1.2.2. Secador en banda por convección: La banda transportadora no está perforada y el aire caliente (o gas de secado) es soplado sobre el material o en algunos casos saliendo el aire por los costados.

3.1.2.3. Secado en banda por conducción: En el cual la banda sin perforar pasa sobre una superficie caliente (generalmente un recipiente con vapor) de manera que el material se calienta por conducción a través de la banda. (Nonhebel et al. 2002)

3.1.3. CARACTERISTICAS GENERALES DE UN SECADOR DE BANDA TRANSPORTADORA


El producto debe estar bien subdividido para que permita un buen flujo de aire a través de la capa de producto. Se consiguen altas velocidades de desecaciónEl equipo es para volúmenes medianos a grandes de producto y se consiguen valores de humedad relativa entre 10 y 15%. (Bermúdez, et al 2004.)Actualmente los secadores de cinta están sustituyendo progresivamente a los secadores de túnel en el secado de frutas y verduras.

La construcción del secador como dos túneles separados posibilita la mezcla uniforme del producto parcialmente seco al final del primer túnel y su recarga en capa de mayor profundidad para su paso a través del segundo túnel, con menor velocidad de la cinta. Esto facilita la obtención de productos de mayor calidad y constituye un ahorro de superficie de cinta en la última sección. (Fito et al. 2001)

3.1.4. VENTAJAS

Reduccion de las dimensiones del equipoMayor rendimiento termicoMayor uniformidad en la calidad del producto. (Bermúdez, et al 2004.)

3.1.5. DESVENTAJAS

Son equipos poco versátiles, es decir, no son adecuados para procesos en los que se deba cambiar frecuentemente la materia prima y, por tanto, las condiciones de secado.Muchas veces el producto sufre un fenómeno de contracción, formación de costra y deformación. Alto costo de operación, debido a las pérdidas en carga, descarga y mano de obra, lo cual se podría reducir con el tratamiento previo del producto. (Bermúdez, et al 2004.)


3.2. SECADORES DE TUNEL

Suelen ser compartimientos de bandejas o de carretillas que operan en serie, los sólidos se colocan sobre bandejas o en carretillas que se desplazan continuamente por un túnel con gases caliente que pasan sobre la superficie de cada bandeja. El flujo de aire caliente puede ser a contracorrientes, en paralelo, o una combinación de ambos. Muchos alimentos se secan por este procedimiento. (Geankoplis C.J. 1998.)

Figura 5: Secador de Túnel Fuente: Bermúdez, et al 2004.

Estos secadores directos son básicamente adaptaciones del secador de camión para la operación continua. Consisten en túneles relativamente largos a través de los cuales se mueven camiones cargados con platos llenos del sólido que se va a secar, en contacto con una corriente de gas para evaporar la humedad. Los camiones pueden empujarse continuamente a través del secador mediante una cadena móvil, a la cual se encuentran unidos. En un arreglo simple, los camiones cargados se introducen periódicamente por uno de los lados del secador, mientras cada camión se desplaza al anterior hacia el otro lado.


El tiempo de residencia en el secador debe ser lo suficientemente grande como para reducir al valor deseado el contenido de humedad del sólido. Para operaciones a temperaturas relativamente bajas, generalmente se calienta el gas mediante aire calentado con vapor; ahora bien, para temperaturas más elevadas y especialmente para productos que no necesitan mantenerse escrupulosamente limpios, se puede utilizar el gas de combustión producido por la combustión de un combustible. Puede utilizarse el flujo en paralelo o a contracorriente del gas y del sólido; en algunos casos, ventiladores dispuestos a lo largo de los lados del túnel soplan el gas a través de los camiones en flujo tangencial. La operación puede ser básicamente adiabática o el gas puede calentarse con espirales de calentamiento a lo largo de su trayectoria a través del secador; en este caso, la operación puede ser básicamente a temperatura constante. Parte del gas puede reciclarse, como en el caso de los secadores por lotes, para economizar calor. Es posible utilizar los secadores de tipo túnel para cualquier material que pueda secarse sobre platos: cristales, tortas de filtración, pastas, cerámicas y similares.

Hay muchas modificaciones del secador de túnel que son básicamente iguales en el principio, pero diferentes en el desafío de los detalles, debido a la naturaleza del material que se está secando. Por ejemplo, las madejas de estambre pueden suspenderse en perchas o caballetes que se mueven a través del secador de túnel. Los cueros se pueden extender en armaduras que cuelgan de cadenas conductoras que pasan a través del secador. Los materiales en hojas continuas, como tela, pueden moverse bajo tensión a través del secador, como en un cinturón continuo sobre una serie de rodillos, o pueden colgarse en festones en caballetes móviles, si es que se desea secarlos en ausencia de tensión (Treybal 1990).

3.2.1. ZONAS DE UN SECADOR DE TUNEL

Figura 6: Representación esquemática de un secador de túnelFuente: (Aucanela. et al, 2009)


Se distingue así tres zonas de secado:

Zona I o de pre calefacción, en la que los sólidos se calientan hasta la temperatura de saturación adiabática, no efectuándose aquí el secado.

Zona II, es la zona en la que se separa prácticamente toda la humedad del sólido, permaneciendo este a la temperatura de saturación adiabática.

Zona III, en donde vuelve a elevarse la temperatura del sólido sin variar prácticamente su humedad.

Cada zona lleva su sistema de calentamiento y de circulación de aire y, en caso necesario, su sistema de evacuación de aire. Cuando la banda transportadora atraviesa la zona el aire caliente pasa a través del producto de arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba. De esta forma se consigue un secado de producto uniforme (Aucanela, et al. 2009).

En la figura 7 se representa esquemáticamente un secadero adiabático continuo con funcionamiento en contracorriente, en donde el túnel de secado está dividido en zonas, manteniendo en cada una temperatura diferente.

Figura 7: Perfiles de temperaturas para un secador continuo a contracorrienteFuente: (Aucanela, et al. 2009).

Dependiendo del producto el túnel puede ir preparado con una sección de enfriado y con un elemento de vibración a la salida para reducir la temperatura final del producto. Los diferentes


tipos de secaderos de túnel se suelen clasificar según la dirección del aire. (Aucanela, et al. 2009).

a) Secador de túnel concurrente:

Las principales características de esta clase de túnel son:

1) Las direcciones de la corriente del aire y del producto en desecación son las mismas.

2) Permite alcanzar elevadas velocidades de evaporación inicial debido a que pueden utilizarse temperaturas del aire relativamente altas sin riesgo de sobrecalentar el producto.

3) A medida que el producto avanza a lo largo del túnel se va poniendo en contacto con aire cada vez más frío, por lo cual se evita que el calor dañe al producto.

4) Es difícil conseguir contenidos en humedad muy bajos debido a que al final del túnel las condiciones de desecación son pobres.

Figura 8: secadores de túnel de flujo concurrenteFuente: Calle et al, 2011

b) Secador de túnel contracorriente:

1) La velocidad de desecación es relativamente pobre en la parte inicial del túnel.

2) Las condiciones en el final de túnel - aire seco y caliente -permiten conseguir contenidos de humedad bajos, pero existe elriesgo de sobrecalentamiento del material vegetal.


3) Este sistema es generalmente más económico en el uso del calor que el concurrente.

Figura 8: secadores de túnel de flujo a contracorrienteFuente: Calle et al, 2011

Estos sistemas pueden combinarse para lograr mejor control de las variables, la combinación más empleada consta de un túnel concurrente seguido de un túnel a contracorriente. Las ventajas de este sistema es un acabado más rápido y un contenido de humedad final bajo. (Calle et al, 2011)

c) Secador de flujo transversal

La corriente de aire caliente fluye desde los costados del túnel:

Figura 8: secadores de túnel de flujotransversalFuente: Calle et al, 2011


1) Puede conseguirse un buen control pues dispone de calentadores de aire entre las distintas fases.

2) Como consecuencia de la frecuencia con que cambia la dirección del aire se obtiene un producto de humedad uniforme.

3) Su funcionamiento y mantenimiento son más complejos y el costo es mayor. (Calle et al, 2011)


CONCLUSIÓN

El secado continuo ofrece ventajas, respecto al secado por lotes, generalmente el equipo necesario es pequeño en comparación con la cantidad de producto; la operación se integra fácilmente con la fabricación química continua, sin necesidad del almacenamiento intermedio; el producto tiene un contenido más uniforme de humedad, y el costo de secado por unidad de producto es relativamente pequeño.

En los secadores continuos el sólido se mueve a través del secador mientras que está en contacto con una corriente móvil de gas. El gas y el sólido pueden fluir en paralelo o a contracorriente; asimismo, el gas puede fluir tangencialmente a la trayectoria del sólido.


BIBLIOGRAFÍA

Aucancela, C. Chávez, E. 2009. Diseño y construcción de un secador de túnel para la deshidratación del maíz. Escuela superior politécnica de Chimborazo. Riobamba Ecuador.

Bermúdez, F. , Maíz, J. 2004. Diseño y construcción de un secador de alimentos de origen vegetal en el estado Amazonas. Universidad Central de Venezuela, Caracas-Venezuela.

Calle, R. Aparicio, J. 2011. Diseño de una planta de deshidratación de Hierbas aromáticas. Escuela Politécnica Superior del Litoral. Guayaquil Ecuador.

Fito, P. Grau, A. Sorolla, A. Barat J. 2001. Introducción al secado de alimentos por aire caliente. Universidad Politécnica de valencia.

Geankoplis C.J. 1998. Operaciones de secado y operaciones de transporte. Tercera Edición. University of Minessota.

Nonhebel G. Moss H. 2002. El Secado de sólidos en la industria química. Editorial Reverté.. Barcelona España.Treybal, R.1990.Operaciones de transferencia de masa. 2da Edición.

Silk Screen Printing Equipment. A través de: http://www.ryanrss.com/2TexDryDisplay.html. (9 de julio del 2012.)

http://www.ryanrss.com/2TexDryDisplay.html

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