trabajo colaborativo 3 masa

5/28/2018 Trabajo Colaborativo 3 Masa

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TRANSFERENCIA DE MASA

TRABAJO COLABORATIVO 3

GRUPO 302589_4

DIANA MARGARITA ARBOLEDA TAMAYO43.365.923

PAULA ANDREA HINCAPIE ARIASCODIGO: 39453.879

ANA CECILIA RIOS CANOCODIGO: 39452.259

CLAUDIA SEPULVEDA CESPEDESCODIGO 40.216.572

LUZ ADRIANA SARRIA OSORIO40405062

TUTORHERNANDO ENRIQUE BOHORQUEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

INGENIERIA DE ALIMENTOSBOGOT

2012


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INTRODUCCION

Mediante el uso apropiado de dicha informacin, el ingeniero puede tomar decisionesrpidas y de manera acertada para realizar los ajustes que se requieran en cadaoperacin y/o proceso con el nimo de obtener productos de alta calidad.Cada industria adopta el sistema que ms se acopla a su organizacin, algunos con unhardware y software ms o menos sofisticado, pero en todos los casos el objetivoprincipal es poder obtener un control avanzado de los procesos propios de laorganizacin. Es por esto que es preciso que el estudiante del curso de transferencia demasa se familiarice con estas herramientas que de alguna manera, evidenciar en suejercicio profesional ms adelante.

El secado por spray es un proceso bastante complejo, donde se deben conjugar nosolamente el caudal de lquido a atomizar, sino que adems se debe realizar una buenaseleccin de la boquilla atomizadora, siendo stas del tipo Spray Dry, de cono huecotrabajando a presiones hidralicas relativamente altas, para poder lograr tamaos degotas muy pequeas y especialmente que sea todas iguales, adems existen modelosde boquillas del tipo MFP, que son de Mximo Paso Libre, evitando de posiblestaponamientos en las ranuras de los ncleos.

Normalmente se utilizan para aplicaciones en la elaboracin de Leche descremada,Leche entera, T, Caf, Vegetales, Productos qumicos, Etc.

Con la realizacin de esta prctica virtual se busca que el estudiante se familiarice conel software, sistemas que manejan de cierto modo todas las operaciones y procesosque se lleven a cabo en una industria, a travs de un centro de operaciones, alternativatecnolgica que estn adoptando las mas grandes industrias para tener un controlpreciso y efectivo de todas sus operaciones.


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SECADO EN SPRAY

El proceso se caracteriza en pulverizar el fluido dentro de una cmara sometida a unacorriente controlada de aire caliente. Este fluido es atomizado en millones demicrogotas individuales mediante un disco rotativo o boquilla de pulverizacin. A travsde este proceso el rea de la superficie de contacto del producto pulverizado seaumenta enormemente y cuando se encuentra dentro de la cmara con la corriente deaire de secado produce una vaporizacin rpida del solvente del producto,generalmente agua, provocando frigorias en el centro de cada microgota donde seencuentra el slido, que seca suavemente sin choque trmico, transformndose enpolvo y terminando el proceso con la colecta del mismo.

El calor para la evaporacin del agua se transfiere por conduccin y conveccin desdeel aire caliente hasta la superficie de la gota.

El vapor de agua resultante de la evaporacin se transfiere por difusin y conveccindesde la superficie de la gota hasta la corriente de aire.

La rapidez con la cual ocurre este proceso es funcin de varios factores

Temperatura y humedad del aire

Propiedades de transporte del aire

Dimetro y temperatura de la gota

Velocidad relativa y naturaleza de los slidos en la gota lquida


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RESUMEN

El secador spray se utiliza dentro de la prctica de leches para la produccin de leche

en polvo. El secador se alimenta leche descremada con un contenido de agua del 95%en base hmeda y se pone en contacto paralelo con aire a 120 C (previamentecalentado por combustin de metano).

Con esta operacin se obtiene una partcula de polvo de una humedad deseada. Elalimento es atomizado por medio de un sistema de disco centrfugo de velocidad derotacin variable.

Objetivo general

Estudiar el funcionamiento de un secador spray.

Comprender el proceso industrial secado en spray por medio de la prctica desimulacin virtual plant.

Objetivos especficos

Identificar la influencia del caudal de alimentacin, el tiempo de operacin y latemperatura 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 operacin del sistema planteado en la

prctica

MARCO TEORICO

El secado spray es una tecnologa novedosa con aplicaciones en mltiples industrias.Dada su versatilidad hay quienes lo conocen tambin como secado por atomizacin,spray dryer y secado por aspersin.


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Algunas ventajas que ofrece el secado spray son:

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

La evaporacin del agua contenida, refrigera la partcula permitiendo usar altastemperaturas de aire de secado sin afectar las cualidades del producto.

Proceso continuo y constantemente controlado. Homogeneidad de la produccin.

Inmejorable presentacin del producto.

Un solo operario maneja la instalacin.

Fcil automatizacin.

Puede trabajar continuo (24 horas).

Entre algunos de los productos alimenticios que se pueden secar con esta tecnologaencontramos a la leche entera, desnatada, suero y el huevo entero.

En la prctica especfica presentada en el VirtualPlant se utiliza el secador spray, para

obtener leche en polvo a partir de leche descremada.

PROCEDIMIENTO

El estudiante debe variar el flujo de leche descremada alimentada al secador, latemperatura del aire de secado y el tiempo de operacin del equipo en un da detrabajo; se debe determinar el tiempo que transcurre para que la gota cambie suhumedad y se convierta en partcula de polvo.

Adems se debe determinar la cantidad de leche en polvo producido, en unidades de

nivel del tanque de almacenamiento. Por ltimo el estudiante deber registrar el caudaldel aire necesario para el secado correspondiente.

A continuacin se relacionan las variables de entrada y salida a tener en cuenta para lapresente prctica.

Variables de entrada

Caudal de leche descremada alimentada al secador.

Temperatura del aire de secado.

Tiempo de operacin 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.


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De igual forma seguidamente se relacionan los equipos que intervienen durante elproceso de obtencin de la leche en polvo respectiva.

Lista de equipos

Secador spray. Calentador de aire (por combustin de metano).

Soplador de aire.

Tanque de almacenamiento de leche en polvo.

Transportador de tornillo.

Cicln.

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

Las gotas y partculas atomizadas se distribuyen uniformemente dentro del

secador y su tiempo de residencia coincide con el del aire de secado.

Las prdidas de calor hacia los alrededores se consideran despreciables.

No se consideran prdidas significativas por arrastre de leche en polvo, en lacorriente 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 C.

Restricciones

Las gotas y partculas atomizadas se distribuyen uniformemente dentro delsecador y su tiempo de residencia coincide con el del aire de secado.

Las prdidas de calor hacia los alrededores se consideran despreciables.

No se consideran prdidas significativas por arrastre de leche en polvo, en lacorriente saliente de aire.

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

La diferencia de temperatura entre la entra y la salida de aire es de 20 C.


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Variables


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SIMULACION

TABLA DE RESULTADOS

Temperaturadel aire (C)

Flujo de leche -alimento (m^3/s)

Tiempo de operacin- da del equipo (hr)

Flujo de aire(m)

Tiempo de secadeo de lagota de leche (segundos)

Nivel en el tanque dealmacenamiento (m3/s)

120 0,00017 12 3,15 1,86 17,36

120 0,00017 10 3,18 1,61 17,35

120 0,00017 8 3,2 1,24 17,34

115 0,000153 12 3,26 1,7 15,49

115 0,000153 10 3,24 1,4 15,51

115 0,000153 8 3,3 1,2 15,49

110 0,000136 12 3,3 1,51 13,76

110 0,000136 10 3,33 1,25 13,81

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

105 0,000119 12 3,4 1,3 12,15

105 0,000119 10 3,4 1,11 12,18

105 0,000119 8 3,42 0,94 12,17

100 0,000102 12 3,51 1,18 10,57

100 0,000102 10 3,55 0,99 10,58

100 0,000102 8 3,55 0,79 10,59

95 0,000085 12 3,63 0,97 9,02

95 0,000085 10 3,64 0,8 9,01

95 0,000085 8 3,57 0,7 8,99

90 0,000068 12 3,7 0,81 7,39

90 0,000068 10 3,74 0,66 7,44

90 0,000068 8 3,7 0,51 7,37


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GRAFICOS

Flujo de leche con tiempo de operacin 12 horas

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

0 20 40 60 80 100 120 140

Temperatura del aire (C)

Flujodelaire(m)

Flujo de Leche - Alimento con Tiempo de Operacin

10 horas

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,6

3,7

3,8

0 20 40 60 80 100 120 140


Flujodeaire(m)


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Flujo de Leche - Alimento con Tiempo de Operacin

8 horas

3,1

3,2

3,3

3,4

3,5

3,63,7

3,8

0 20 40 60 80 100 120 140


Flujodeaire(m)

Flujo de Leche con Tiempo de Operacin 12horas

0

0,5

1

1,5

2

0 50 100 150


Tiempodesecadeode

lagotadeleche

(segundos)

Flujo de Leche con Tiempo de Operacin 10

horas

0

0,5

1

1,5

2

0 50 100 150


Tiempodesecadeode

lagotade

leche

(segundos)


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Flujo de Leche con Tiempo de duracin 8

horas

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 50 100 150


Tiempodesecadeode

lagotadeleche

(segundos)


horas

0

5

10

15

20

0 50 100 150


Ti

empodesecadeode

lagotadeleche

(segundos)


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ANALISIS DE RESULTADOS

Podemos ver claramente que la mayor cantidad de producto que se obtiene en elnivel del tanque de almacenamiento se da cuando la temperatura del aire es120C., donde el nivel de almacenamiento es de 17,36 m

3/s., en promedio con el

mximo caudal de alimentacin.

Segn la teora, entre mas alta la temperatura no siempre da un buen porcentaje

de eliminacin de agua, ya que demasiada temperatura ocasiona perdida decalor y capacidad de secado, lo cual se ve reflejado cuando la temperatura es110C., y el nivel de almacenamiento es de 6,93 m

3/s.

Para obtener una gran capacidad de evaporacin, es necesario mantenerconstante el caudal del aire.

A medida que la temperatura del aire disminuye a un flujo de leche constante y adiferentes horas de operacin, el flujo del aire comienza a aumentar.

En el tiempo de secado de la gota de leche los datos calculados presentan

variacin significativa, esto debido a la composicin fisicoqumica de la leche y eldimetro de la gota.

En la prctica de secado spray si la temperatura disminuye el tiempo deoperacin por da del equipo tambin disminuye. Si el flujo de aire disminuye eltiempo de secado de gota de leche aumenta por segundo. Si el nivel en eltanque de almacenamiento disminuye el flujo de leche aumenta.


horas

0

5

10

15

20

0 50 100 150


Tiempodesecadeo

de

lagotadeleche

(segundos)


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Al aumentar el caudal de flujo de leche, el flujo de aire permanece constante,mientras que el tiempo de secado y el nivel del tanque de almacenamientoaumentan paulatinamente. El aumento en el tiempo de secado se explica porquecon el mismo flujo y temperatura de aire de secado se necesitar mayor tiempopara realizar la transferencia de calor a una cantidad mayor de gotas de leche.

Ahora consideremos la variacin en el flujo de leche con igual temperatura en elaire de secado, el tiempo de secado varia en forma proporcional al flujo de leche,as mismo el nivel en el tanque de almacenamiento aumenta en formaproporcional al flujo de leche como es lgico, se observa entonces que paraobtener una buena eficiencia en el proceso es recomendable tener el mximoflujo de leche.

El flujo de leche indiscutiblemente es la variable que ms influye en el nivel deltanque de almacenamiento, ya que a mayor alimentacin, mayor nivel en el

tanque de almacenamiento, sin embargo se debe tener cuidado pues un flujomuy elevado puede ocasionar que la leche no se seque uniformemente,resultando en problemas de humedad y por consiguiente de inocuidad.Esimportante evaluar cual es flujo mximo que se puede manejar sin afectar lahumedad de la leche en polvo.

Tambin observamos que al aumentar la temperatura de aire de entrada, el flujode aire disminuye ya que se requiere menor cantidad de aire, pues latransferencia de calor es compensada por el aumento de la temperatura.

En general comparando las variables de entrada con las de salida podemos decir

que el caudal de la leche y la temperatura son las variables que ms influyen enel nivel del tanque de almacenamiento, es decir en la eficiencia del proceso.


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CONCLUSIONES

Despus de haber realizado la prctica podemos concluir que adquirimos unacomprensin mas profunda de los procesos de transferencia de masa a travs del usoadecuado del Virtual Plant, teniendo una visin mas completa de cmo hacer clculoscon este tipo de herramientas.

Al desarrollar las simulaciones, debemos tener en cuenta las variables de entrada y lasvariables de salida para no tener inconvenientes con los resultados.

Fue muy enriquecedor conocer el proceso descrito en el texto del mdulo y despushaber experimentado con la simulacin el proceso de secado spray, operacin muycotidiana de las diferentes industrias procesadoras de alimentos.

Podemos observar como una de las variables que ms influye en el secado en spray esla temperatura del aire de entrada, pues al aumentar la temperatura disminuye el flujode aire, lo cual se traduce en menores reas de trabajo, o de intercambio de calor.

Se debe asegurar que el secado sea uniforme, estandarizando el flujo de alimentacinpara evitar problemas de inocuidad y encostramiento.

El tiempo de operacin del equipo debe ser el suficiente para cubrir las necesidades delproceso, pero se debe tener cuidado de realizar mantenimiento al equipo para nocomprometer la tasa de transferencia de calor.

La caracterstica principal del procesado es la atomizacin (el denominado sistemaspray). El procesado depende en gran parte de la temperatura necesaria para suelaboracin, que suele ser por regla general alta (180 C), media o baja (temperatura depasteurizacin).


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BIBLIOGRAFIA

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