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SECADOR ROTATORIO OPERACIONES UNITARIAS III

INTEGRANTES: Bilbao Romero Diego Edgar Molina Rodríguez Alejandro Orihuela Flores Henry Jarinder Soto Herrera wenddy Marleni Tallacahua Cori María de los Ángeles FECHA DE PRESENTACION: 16/11/2018

LA PAZ - BOLIVIA

SECADOR ROTATORIO

ÍNDICE 1. FUNCIONAMIENTO ................................................................................................................................................................... 2 1.1. Generalidades ....................................................................................................................................................................... 2 1.2. Definición de la operación............................................................................................................................................... 2 1.3. Características ...................................................................................................................................................................... 3 1.4. Ventajas ................................................................................................................................................................................. 3 2. TIPOS DE SECADORES ROTATORIO ................................................................................................................................... 3 2.1. Secador rotatorio de cascada con calentamiento directo. ................................................................................... 3 2.1.1. Dirección de los flujos aire/sólido.......................................................................................................................... 4 2.1.2. Elevadores para secadores de cascadas. ............................................................................................................ 5 2.2. Secador de persianas........................................................................................................................................................ 5 2.3. Secador indirecto. .............................................................................................................................................................. 6 3. APLICACIONES ............................................................................................................................................................................7

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1. FUNCIONAMIENTO 1.1. Generalidades El secador rotatorio es el más utilizado en la industria. Ha sido utilizado por muchos años ya que presenta muchas ventajas; por ejemplo, en capacidades altas y medianas la inversión en capital es moderada, pueden operar durante años sin problemas de mantenimiento y su eficiencia térmica es alta (50 a 85% dependiendo del secador) Un secador rotatorio está formado por una carcasa cilíndrica giratoria horizontal o ligeramente inclinada hacia la salida. La alimentación húmeda se introduce por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro lado. Cuando gira la carcasa, unas placas elevan los sólidos y los esparcen en el interior de la misma. Los secaderos rotatorios se calientan por contacto directo de aire o gases con el solidó, por medio de gases calientes que circulan atreves de un encamisado que recubre la carcasa, o por medio de vapores que condensa en un haz de tubos longitudinales que están montados en la superficie interna de la carcasa. Este último recibe el nombre de secadero rotatorio de tubos de vapor. El secador rotatorio se utiliza ampliamente para el secado de materiales de construcción, en la industria metalúrgica, industria química, industria del cemento entre otras para secar materia prima como caliza, carbón en polvo, escorias, arcillas, etc.

1.2. Definición de la operación

En general, un secador rotatorio consta de un cilindro huevo que gira sobre su eje, con una ligera inclinación, para permitir el desliz de los sólidos 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 habrá de secar a contracorriente el sólido que se desliza despacio hacia la salida, a medida que se va secando. El método de calentamiento es por contacto indirecto a través de la pared del cilindro que se calienta por el paso de los gases. Las partículas atraviesan una sección relativamente corta, a medida que se deslizan, mientras su humedad disminuye de la misma manera en que descienden. Esta máquina está formada por el cuerpo rotatorio (forma de tubo) con sus soportes de anillos y sellos, el ventilador, el colector de polvo, alimentador de entrada y salida, gabinete de control, motor, estufa o quemador, etc. La eficacia del secador depende principalmente del diferencial entre las temperaturas del aire de entrada y el de salida, aunque el grado de transferencia de calor también viene determinado por la relación entre el diseño de las aletas y la velocidad de rotación. No obstante, independientemente de las temperaturas del aire y del material, el tiempo de secado (o de residencia) es crucial, ya que depende de la velocidad de difusión del agua desde el centro hasta la superficie del material. Para aumentar la eficacia térmica y en los casos en que se requiera inertización, es posible reciclar los gases de escape. Esto puede implementarse en todos nuestros sistemas de secado mediante corrientes de aire e incorporarse a las operaciones de secado existentes del cliente.

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SECADOR ROTATORIO En las aplicaciones especia les, el diseño rotativo en cascada se adapta para ofrecer una configuración de elevadores cruciforme o de caída rápida. Asimismo, también pueden utilizarse según se requieran enfriadores rotativos en cascada y secadores/enfriadores combinados.

1.3. Características      

Diseño sólido con varias opciones de elevador Puede ser en co-corriente o contracorriente Permite el uso de temperaturas de secado más altas Tiempo de residencia relativamente largo El tambor dispersa el material conforme se transporta a lo largo de su longitud Puede diseñarse para circuito abierto, reciclaje parcial del aire

1.4. Ventajas 

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Combina flexibilidad con fiabilidad, lo que alarga la vida útil del secador. El secado rotativo también es adecuado para una amplia gama de materiales y tamaños de partícula, y puede adaptarse más fácilmente a las condiciones de proceso contracorriente ‘difíciles’. El secado en co-corriente es apropiado para materiales con un porcentaje de humedad relativamente elevado y ofrece una evaporación rápida sin sobrecalentar el producto. El secado contracorriente tiene el máximo gradiente térmico y permite obtener productos con un porcentaje de humedad bajo. Reduce el tamaño del equipo, así como la inversión y los gastos de funcionamiento asociados. Favorece el secado por difusión. Energía de ventilador y altura libre relativamente bajas. Permite el ahorro de energía y la integración de sistemas.

2. TIPOS DE SECADORES ROTATORIO Los secadores rotatorios pueden ser clasificados en tres tipos:  Secador rotatorio de cascada con calentamiento directo.  Secador directo con persianas periféricas para el aire caliente.  Secador por calentamiento indirecto. El secador con persianas periféricas es, en realidad un equipo continuo de secador agitado con circulación transversal.

2.1. Secador rotatorio de cascada con calentamiento directo. En la figura 1 está esquematizada la disposición más ampliamente usada de secador rotatorio. En ella se muestra un calentador directo que quema petróleo, pero puede usarse cualquier combustible y si es necesario, un sistema de calefacción indirecto. El aire fluye a lo largo de la carcasa en contracorriente o en paralelo, tal como se muestra en la figura.

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Figura 1. Secador rotatorio directo en cascada La carcasa rotatoria puede alcanzar los 3 m de diámetro; según la producción requerida, la longitud está habitualmente comprendida entre cuatro y quince diámetros. Para provocar el desplazamiento longitudinal del sólido que se está secando, la carcasa está montada con una pendiente comprendida entre el 2.5 y el 5% (aunque algunas ocasiones los secadores en paralelo pueden estar prácticamente horizontales). Unidas a la pared interna del cilindro del secador hay una serie continua de elevadores, como puede verse en la figura 2. A medida que gira el secador, estos elevadores toman material y lo arrojan en cascada dentro de la corriente gaseosa. El secador gira a una velocidad de 4 a 5 rpm. La velocidad del aire varía de 1.5 s 2.5 m/s, dependiendo del tamaño de las partículas a secar y de la cantidad de polvo fino formado dentro del secador.

Figura 2. Tipos de elevadores.

2.1.1. Dirección de los flujos aire/sólido.

Es fundamental usar los flujos de aire y sólido en paralelo cuando se debe evaporar una gran proporción de humedad en las primeras etapas del secado; además esto permite utilizar altas temperaturas en el aire de entrada sin alcanzar altas temperaturas en el producto a secar. Por ello es indicado para el secado de materiales termosensibles, incluyendo aquellos que contienen componentes volátiles, como son las sales de amonio. Puesto que las temperaturas del aire y de los sólidos convergen a medida que se acercan a la salida, la temperatura del sólido seco que abandona la planta es fácilmente controlada hasta que alcance su valor máximo, mientras se mantiene la ventaja de tener una gran diferencia de temperaturas en las primeras etapas del secado. En el secador con flujos en contracorriente, la temperatura del sólido seco tiende a alcanzar la temperatura del aire de entrada; en consecuencia, la operación en contracorriente se indica

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SECADOR ROTATORIO cuando es necesario calentar el sólido a una temperatura relativamente alta para completar el proceso de secado. La temperatura del aire que sale en un secador en paralelo, es unos 10 a 20ºC mayor que la temperatura de los sólidos que abandonan al equipo. Por ello el aire que sale puede estar próximo a su punto de rocío y puede formar fácilmente depósitos de polvo húmedo de los colectores de polvo que tengan poco arrastre. Se puede prevenir este problema adicionándole a esta corriente, el aire polvoriento que sale del enfriador o utilizando un lavador húmedo.

2.1.2. Elevadores para secadores de cascadas. Se obtiene el máximo de transferencia de calor y materia, cuando todo el material en el proceso cae en cascada. Bajo esas condiciones los coeficientes de transferencia por unidad de longitud del secador son proporcionales a su retención. Sin embargo, se tiene en cuenta, que el material no tomado por los elevadores, permanece en el fondo de la carcasa dando vueltas sobre sí mismo y provocando cortocircuito en la operación de secado. También es importante que las cascadas o cortinas de material que cae, deben ser llevadas a través de todo el cilindro con el objeto de alcanzar el mejor contacto posible con la corriente gaseosa. Por esta razón se deben seleccionar los elevadores que den un patrón de flujo correspondiente al diagrama d de la figura 2 . Con este diseño particular de elevador, la máxima retención de sólidos alcanza al 14% del volumen de la carcasa. Los materiales pegajosos, presentan la desventaja de acumularse en la zona curva del elevador. Esto puede ser superado en cierta medida, aunque con alguna pérdida en el rendimiento haciendo la curvatura menos pronunciada. No obstante, si el diseño se aproxima a un sencillo elevador radial, la pérdida de efectividad es lo suficientemente grande como para justificar, con alternativa, el desarrollo de mejoras en la alimentación, mediante modificaciones en el proceso, o con alguna forma de tratamiento previo, como puede ser un cierto grado de retro mezclado del producto seco. Además, debe tomarse en consideración la posibilidad de usar un tipo distinto de secador. Se debe tomar en cuenta que un sistema complicado de elevadores será más dificultoso para limpiar y más costoso para mantener, en particular cuando es inevitable una cierta abrasión en los secadores rotatorios de gran producción. Por ello, deben preferirse los sistemas más sencillos a pesar de las atracciones teóricas que presentan los dispositivos más complejos.

2.2. Secador de persianas. En la figura 3 se muestra un secador rotatorio de persianas, donde el aire fluye por canales formados por tablillas conformadas de persiana y escapa a través del lecho de sólido. Una válvula asegura que el aire fluye sólo por aquella persiana que en ese momento se encuentra bajo el lecho de material a secar, mientras que la superposición de las tablillas que forman las persianas asegura que no entre material sólido en los conductos del aire. Las persianas forman un tambor interno levemente cónico, con lo cual se logra el movimiento axial del sólido, aunque el eje del secador este horizontal. En el extremo de salida hay un anillo de retención formado por un sistema de hojas articuladas superpuestas. En una operación normal se usa un lecho relativamente espeso, que ocupa alrededor del 40% del volumen del secador, pero es posible modificar el espesor del lecho cambiando el ángulo de las hojas que forman el anillo de retención; además esto permite vaciar rápidamente el secador. El aire que abandona el secador es habitualmente canalizado hasta un conjunto de ciclones de alta eficiencia.

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SECADOR ROTATORIO El suave rodar del lecho impide la formación de costras y minimiza la rotura de los materiales que producen polvos. El espesor relativamente grande del lecho de material, permite lograr un tiempo de retención satisfactorio en un equipo pequeño, comparado con el secador de cascada, y su consumo de potencia es menor, puesto que es baja su velocidad de rotación. Además como se puede alcanzar un alto coeficiente de transferencia de calor, resulta ser un equipo compacto al usarlo con materiales que sequen principalmente en el período de secado a velocidad decreciente. Este secador no es apropiado para materiales pegajosos, los cuales tienden a taponear las rendijas de las persianas y a formar grandes apelotonamientos debido al movimiento rotatorio. Puesto que este equipo se comporta como un intercambiador de calor de corrientes cruzadas, la temperatura de los sólidos a la salida se aproxima a la del aire de la entrada, lo cual puede limitar el valor máximo de esta última. Además, la caída de la temperatura del aire en la región de secado a velocidad decreciente es pequeña, por lo cual el rendimiento térmico tiende a ser pequeño; éste será alto en la zona de secado a velocidad constante donde es máxima la diferencia de temperatura entre el aire de entrada y de salida. Puesto que el aire entra a la misma temperatura en toda la extensión del lecho, una porción de alimentación tendrá el mismo proceso de secado recorriendo este equipo, que si es secado en condiciones similares, en un secador discontinuo. Por lo tanto, es posible llevar a cabo pruebas de laboratorio en un pequeño secador discontinuo para determinar un caudal de aire y el correspondiente tiempo de secado. El secador de tamaño industrial es entonces dimensionado para obtener las mismas condiciones.

Figura 3. Secador de Persianas.

2.3. Secador indirecto. Un tipo de secador indirecto posee una carcasa rotatoria inclinada, como los secadores directos, pero en lugar de elevadores está provisto de tubos que contienen vapor o agua caliente. Los equipos pequeños poseen una sola fila de tubos, pero los equipos de mayor tamaño emplean dos filas de tubos, de las cuales la interna está formada por tubos de menor diámetro que los tubos de la fila externa (ver la figura 4 ). La alimentación se calienta por contacto directo con los tubos sobre los cuales fluye formando una delgada capa. Se inyecta aire a través del secador en cantidad suficiente para eliminar el vapor de agua. El aire abandona el secador prácticamente saturado, por lo cual la cantidad requerida, suele ser mucho menor que en un secador rotatorio directo. El problema de la eliminación de polvo en el aire de salida está simplificado y en muchos casos son adecuados la circulación natural del aire sin ayuda de ventiladores. La velocidad del aire se encuentra por lo común alrededor de los 0,3 m/s.

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SECADOR ROTATORIO El vapor de calefacción es introducido dentro de los tubos, y el condensado eliminado mediante un distribuidor dispuesto en el extremo de descarga de los sólidos. Los sólidos secos se descargan a través de aberturas practicadas en la carcasa, las cuales poseen una pestaña que permite mantener un espesor de lecho suficiente. Este secador es especialmente adecuado para materiales que presentan un período de secado a velocidad decreciente prolongado y por ello deben mantenerse durante un largo tiempo a una temperatura prácticamente constante. Por otra parte, la rotación evita la formación de terrones de material y facilita la salida del vapor de agua. Puesto que hay poca pérdida de calor en la corriente gaseosa que sale, su rendimiento térmico es elevado. Este equipo es adecuado para el secado de materiales termosensibles, pues la temperatura máxima alcanzable puede ser controlada con precisión al controlar la temperatura del fluido calefactor. No es adecuado para el secado de materiales que formen costras adherentes sobre los tubos de calefacción. Por razones de índole mecánica los secadores indirectos no pueden ser tan grandes como los mayores secadores directos utilizados para producciones muy grandes, pero afortunadamente las producciones de materiales para los que es particularmente adecuado este secador, son relativamente pequeñas. Las dimensiones de las carcasas varían 1.5 a 3.0 m de diámetro y 10 a 20 m de longitud, y los tubos de calefacción tienen como dimensiones típicas las siguientes: fila externa, 110 mm, y fila interna, 75 mm; obteniéndose coeficientes de transferencia de calor del orden de los 2 KW/mºC.

Figura 4. Principio de funcionamiento de un secador indirecto, flujo en contracorriente.

3. APLICACIONES

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