DISEÑO DE UN SECADOR DE BANDEJAS PROTOTIPO QUE OPERA CON BRIQUETAS DE CARBÓN (ANTRACITA)

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1 DISEÑO DE UN SECADOR DE BANDEJAS PROTOTIPO QUE OPERA CON BRIQUETAS DE CARBÓN (ANTRACITA) Raúl Siche 1, Hector Rodríguez 1, Hubert Arteaga 2, Segundo Seijas 2 y Enrique Ortega 1 RESUMEN En este trabajo se resenta un rocedimiento ara el diseño y construcción de un secador de bandejas rototio que oera con briquetas de carbón antracita. El diseño se obtuvo realizando cálculos de balance de materia y energía, así como teniendo en cuenta relaciones y semejanzas geométricas ara secadores de bandejas en su trazado y construcción; se obtuvo que ara una caacidad nominal de 4,8 Kg. de aa (Solanum tuberosum) de la variedad Canchán, las dimensiones son: volumen de bandeja de 1,4625 x 10-3 m 3 ; volumen de la cámara de secado de 0,0325 m 3 ; volumen de la cámara de combustión de 0,01403 m 3, otencia del ventilador centrífugo de 20,61 W y área del radiador de calor 0,06568 m 2. INTRODUCCIÓN Las regiones de la sierra del Perú desde hace muchos años afrontan un roblema que acarrea grandes érdidas de roductos agrícolas debido a la inestabilidad de estos or su gran contenido de agua, or su lejanía con los centros de rocesamiento e intercambio y or sistemas de transorte insuficientes. Una alternativa de conservación es deshidratar estos alimentos. Para tal fin, en el resente estudio, se lantea el diseño, construcción y uesta en oeración de un secador de bandejas rototio, utilizando como fuente de calor un recurso barato, de alto oder calórico, y abundante en la sierra del Perú, carbón antracita, en su forma comercial de briquetas de carbón. 1 Universidade Estadual de Caminas - UNICAMP, CP 6121, Caminas, SP, Brasil. 2 Universidad Nacional de Trujillo - UNT, Av. Juan Pablo II s/n. Ciudad Universitaria. Trujillo, Perú. siche@fea.unicam.br 1

2 MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizó como material combustible briquetas de carbón mineral de baja emisión de SO 2 gaseoso con las características reortadas [1]. Basado en las características de un material a secar (en este caso aa, Solanum tuberosum, de la variedad Canchán), relaciones matemáticas de balance de masa y energía [2], ecuaciones emíricas obtenidas en estudios anteriores ara secadores de similar oeración [3] y consideraciones de diseño [4], se rocedió a calcular las dimensiones del equio, que a su vez sirvió ara obtener los lanos corresondientes ara su construcción (Figura 1). Construido el equio de realizaron algunos ajustes ara onerlo a unto y realizar las ruebas exerimentales ara la otimización del roceso en el secado de aa, cuyos resultados son artes de otro estudio ublicado [5]. Finalmente con los arámetros ótimos se realizó un escalamiento geométrico que se muestra mediante un algoritmo (Figura 2). TABLA 1. Caracterización del secador diseñado. Partes Dimensión Valor Bandejas (Volumen) m 3 1,4625 x 10-3 Cámara de secado (Volumen) m 3 0,0325 Cámara de combustión (Volumen) m 3 0,01403 Ventilador (Flujo de aire) m 3 /min 0,81 Radiador (Área) m 2 0,06568 Parámetros Aire ara la combustión (Flujo) m 3 /kg briq * 5,67 Pot. del ventilador ara la combustión watt 1,43 Potencia del ventilador ara el secado watt 34,35 Eficiencia del secador % 14,37 * briq : briqueta de carbón mineral RESULTADOS Y DISCUSIÓN Con los resultados de los cálculos dimensionales (Tabla 1, 1ª arte) se hicieron lanos ara cada arte del secador. En la Figura 1, dibujo técnico dimensionado del secador comleto y de las rinciales artes. Luego, con arámetros ótimos de secado de aa (velocidad de aire: 3,0 m/s; tiemo de secado: 10,3 h; esesor de roducto: 2 cm. y área de succión de aire: 75 cm 2 ), roducto 2

3 de un roceso de otimización or la metodología de suerficie de resuesta (RSM) [5] y las fórmulas necesarias, se obtuvieron los arámetros de oeración ótimos (Tabla 1, segunda arte) que se utilizaron ara diseñar un algoritmo matemático (Figura 2) que tiene la siguiente forma: X = A* m + B * m * H (1) Donde: X es la variable resuesta; A y B son constantes esecíficas ara cada variable resuesta; y, m y H son, resectivamente, la masa y humedad en base húmeda del material a secar. La Tabla 1 reorta una eficiencia ara el secador de bandejas diseñado de 14,37%. La referencia [4] indica que la eficiencia térmica de un secador de bandejas oscila entre 20 y 50% según la temeratura de secado utilizada y la humedad del aire. Pero cuando se desecan contenidos de humedad muy bajos con restricciones de temeratura, la eficiencia térmica llega a ser del orden del 10%. Aunque el secador alcanzó un 14,37% de eficiencia, odemos aumentar esta, si aislamos la cámara de combustión. FIGURA 1. Persectiva isométrica del secador diseñado y sus rinciales artes (en cm.). 1. Soorte. 2.Cámara de secado. 3. Cámara de combustión. 4. Toma de aire al radiador. 3

4 5. Ventilador centrífugo. 6. Chimenea. 7. Salida del aire húmedo. INICIO m ; H; P c HP c m Q = 10256,4 m + 447,98 m N = m m H Vcc m = 0,00226m + 0, m H Acm = 0,015m + 0,000657m A R = 0,0396m + 0,00173m H m = (1.445 x 10 3 m x m H) P mc Vcs m = m m H θ a sm = 1,019m + 0,0425 m H HP = 0,0348m + 0, 00145m H sm H H Leyenda: m : materia rima (kg/h) H : humedad (%) P c : columna de resión (cm. de agua) Q : energía requerida or el secador (kj/h) N : número de briquetas (briquetas/h) Vcc m : volumen de la cámara de combustión (m 3 ) A cm : suerficie transversal de la cámara de combustión (m 2 ) A Rm : suerficie de transferencia de calor del radiador (m 2 ) HP cm : otencia del ventilador ara la combustión (HP) Vcs m : volumen de la cámara de secado (m 3 ) θa sm : Caudal del aire de secado (m 3 /min) HP sm : otencia del ventilador ara el secado (HP) Q, N,V cm, A cm, A Rm,HP,V,θa sm,hp cm csm sm FIN FIGURA 2. Algoritmo ara el escalamiento geométrico del secador diseñado. 4

5 CONCLUSIONES Las dimensiones y arámetros del secador diseñado se obtuvieron conociendo la cantidad de materia rima (4,8 kg de aa, variedad Canchán) y su humedad inicial (80,8%), resultando: volumen de cada bandeja 1,4325x10-3 m 3, volumen de la cámara de secado 0,0325 m 3, volumen de la cámara de combustión 0,01403 m 3, otencia del ventilador 20,61 W y área del radiador 0,06568 m 2. Además, el algoritmo matemático (Figura 2) ermite royectar las dimensiones de este secador, en función de la masa de aa a rocesar y su resectiva humedad inicial. REFERENCIAS [1]. Bazán, E., Efecto de la resión de moldeo y contenido de óxido de calcio en el oder calórico y contenido de SO 2 en la combustión de las briquetas de carbón, Tesis, Universidad Nacional de Trujillo, Perú, 2004, 76. [2]. Strumillo, C. and Kruda, T., Drying: Princiles, Alications and Design. Gordon and Breach Science Publisher, New York, USA, 1986, 68. [3]. Seijas, S. et al., Diseño y construcción de un rototio de secador de madera or deshumidificación del aire y radiador calefaccionado or cisco de carbón de Antracita y aserrín, Sciendo, 4, 81, [4]. Perry, R.H. and Green, D.W., Perry s Chemical Engineers Handbook, Seventh Edition, Editorial McGraw Hill, USA, 1999, Section 12. [5]. Arteaga, M.H, Rodríguez, Z.H. y Siche, J.R., Otimación del secado de aa (Solanum tuberosum) variedad Canchán utilizando un secador que oera con briquetas de carbón antracita. Encuentro Científico Internacional, Lima, Perú, Jul