división de ciencias básicas e ingenieria
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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
División de Ciencias Básicas e Ingenieria
Departamento de Ingenieria de Procesos e Hidráulica
Diseño de una danta wocesadora de trigo
Tesis que presentan los alumnos:
Miguel Angel Acosta Martinez Juan Gabriel Garcia Ramirez
94376782 92320853
Para la obtención del grado de:
Ingeniero Quimico
Asesor: /
/ Dr. Mario G.&/izcarra Mendoza
Noviembre 2001
Laboratorio de Procesos y DiseAo I, II y 111
INDICE
I. RESUMEN Y CONCLUSIONES.
I. 1 Descripción relacionada con el producto. 1.2 Descripción relacionada con el proceso.
11. EL PRODUCTO Y sus CARACTEI~ASTICAS.
TI. 1 Propiedades físicas y químicas. 11.2 Composición Química. 11.3 Procesos de obtención de harina de trigo. 11.3.1 Selección del proceso de obtención de harina de trigo. 11.4 Diagrama de flujo del proceso seleccionado. 11.4.1 Esquema del proceso para la obtención de harina de trigo.
111. ESTUDIO DE MERCADO.
111.1 Superficie cosechada en México. 111.2 Valor de la producción total. 111.3 Producción. 111.4 Valor unitario del trigo. 111.5 Precio correspondientes a junio de 2000. 111.6 Precios en el mercado. 111.7 Demanda “consumo nacional”. 111.8 Capacidad de la planta y ubicación.
IV TRABAJO INVESTIGACIóN (PARTE EXPERIMENTAL).
IV. 1 Metodología. IV.2 Caracterización de la materia prima. IV.3 Secado. IV.4 Humidificación. IV.5 Lecho fluidizado horizontal y aspersión. IV.6 Molienda. IV.7 Tamizado.
v. DISEÑO DE LA PLANTA DE HARINA DE TRIGO.
V. 1 Balance de materia para el proceso global. V.2 Balance de energía en cada equipo. V.3 Costos de equipo. V.4 Alternativas de equipo.
Pag.
2 2
3 4 6 6 8 9
10 11 11 12 13 14 15 16
16 16 18 19 21 22 24
25 28 29 30
VI PERSONAL NECESARIO.
VI. 1 Organigrama de la planta. VI.2 Personal necesario.
V11 EVALUACIóN ECONóMICA DEL PROYECTO.
VII. 1 Métodos de comparación de proyectos. VII.2 Estimación de costos.
VI11 SEGURIDAD E HIGIENE.
VET. 1 Plagas y enfermedades. VIII.2 Almacenamiento. VIII.3 Ruido (área de cribado). VIII.4 Explosión por polvos. VIII.5 Condiciones para la generación de polvos explosivos. VIII.6 Fuentes de ignición. VI11.7 Prarámetros de los polvos explosivos. VI11.8 Índice de explosividad. VI11.9 Prevención de explosiones de polvo.
BIBLIOGRAF~A.
APÉNDICE A.
APÉNDICE B.
APÉNDICE c. APÉNDICE D.
APÉNDICE E.
APÉNDICE F.
APÉNDICE G.
APÉNDICE H.
APÉNDICE I.
31 32
33 33
35 35 36 36 36 36 37 37 38
39
41
43
45
47
48
52
63
65
66
Laboratorio de Procesos y 5iSefiO I, I/ y /I/
PROLOGO
En este proyecto, se presenta el trabajo realizado en los tres trimestres de Laboratorio de Procesos y Diseño, que integra los conocimientos adquiridos durante el transcurso de la formación académica.
Las actividades realizadas en el desarrollo del proyecto, comprenden una investigación bibliográfica, investigación de campo, la parte experimental en los laboratorios y el diseño y desarrollo de un proceso innovador, factible y aplicable a corto plazo. Además de alcanzar el objetivo principal del proyecto, se obtienen otro tipo de beneficios como son el tener una visión más amplia de la función del Ingeniero Químico en la industria, el trabajo en equipo, el cual reduce el tiempo de alguna tarea, además que se adquieren nuevos conocimientos al interactuar bajo otros puntos de vista.
A continuación se describe en forma detallada, la integración de los tres seminarios para este trabajo final.
1
Laboratorio de Procesos y Diselio I, I / y /I/
1.- RESUMEN Y CONCLUSIONES
1.1 DESCRIPCION RELACIONADO CON EL PRODUCTO
La importancia del trigo en México se basa en tres aspectos fundamentales: a) por la variedad de alimentos que se obtienen; a partir del molido del grano; b) por ser parte importante de la dieta alimentaria de la población y; c) por ser materia prima elemental de la industria harinera.
La mayor cantidad de trigo se consume como harina, ía que se utiliza principalmente para la elaboración de productos horneados como el pan, galletas, repostería y pasteles, predominando su uso en la producción del primero. Las características principales que determinan la calidad de panificación de la harina de trigo son:
a) La cantidad de proteína que contiene el grano. b) La calidad de la proteína del grano.
Los usos principales del producto en la industria de transformación, de acuerdo a sus características, se clasifican en los siguientes grupos:
TIPOS DE TRIGO CARACTERíSTICAS Y USOS:
TRIGO CARACTERISTICAS usos
Rojo duro de Drimavera
Durum
Rojo duro de invierno
Rojo blando de invierno.
Blanco
Duro blanco.
FUENTE: ACERCA; CI
I
Textura dura y alto
Se emplea para harina Color ámbar y rojo, granos panificación contenido de proteínas. Se emplea en la
largos y en punta, de textura de sémola, con la cual se dura y vítreos, es de mayor elaboran pastas y contenido proteínico. productos similares. Textura dura y alto contenido de proteínas
Se emplea en la industria
galletas, pastas y usos proteínas presenta. elaboración de pasteles, el que menor contenido de Se emplea en la Textura suave semi-dura, es panificadora.
Textura suave a dura, tiene bajo contenido de proteínas, sus granos son blancos a rojos. Presenta un sabor dulce Se emplea en la niveles de fibra similares al elaboración de tallarines, rojo, tiene bajos niveles de levaduras y pan proteína y son altos sus indices de producción.
ridades Agropecuarias; No 43, marzo de 1997
en general.
2
Laboratorio de Procesos v Diseiio I. II v 111
En México, la producción de trigo se orienta de acuerdo a las características de la demanda del grano y al rendimiento en campo, de tal forma que las variedades de los primeros grupos ( panificables) son más susceptibles a las enfermedades y sus rendimientos son menores que los trigos cristalinos, por lo que no son tan atractivos para los productores.
Los consumidores principales están conformados por tres subsistemas agroindustriales.
a) Industria intermediaria dedicada a la molienda del trigo. b) Industria final dedicada a la elaboración de pan, galletas y pasteles. c) Industria final dedicada a la elaboración de pastas alimenticias.
La producción del cereal en México se caracteriza por su marcada regionalización, aunque su cultivo se desarrolla en más de 20 estados; la mayor parte de la producción se localiza en las regiones Noroeste y Bajío.
1.2 DESCRIPCION RELACIONADA CON EL PROCESO.
Cuando el trigo llega del campo, contiene impurezas adquiridas entre la cosecha y el almacenamiento. Debido a las necesidades del proceso y a la presencia de impurezas en el trigo, es necesario realizar una limpieza, por medio de la cual se separan, y el trigo una vez limpio, está listo para el proceso de obtención de harina.
El proceso de obtención de harina de trigo, requiere de una serie de operaciones unitarias relacionadas con el tratamiento de los granos de trigo, que van desde su cosecha hasta la molienda.
La primera operación que es necesario realizar es la relacionada con el acondicionamiento del trigo, que consiste en la limpieza, caracterización física de los granos y la determinación del contenido de humedad de los mismos. La segunda operación consistirá, dependiendo del contenido de humedad que contenga el trigo, de una operación de humidificación (Xo e 16% h . ) 0 bien de secado (& > 16% b.s.).
Finalmente una vez alcanzado el contenido de humedad necesario. para la molienda ( 16% b.s. ) el trigo es enviado al molino, para la obtención de la harina, para su posterior clasificación por tamaño de partícula.
11. EL PRODUCTO Y SUS CARACTERbTICASm3
11.1 PROPIEDADES FíSICAS Y QUíMICAS.
El trigo es el cereal más cultivado del mundo por delante del arroz y del maíz, este cereal pertenece a la familia de las gramíneas como la avena y la cebada.
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Laboratorio de Procesos y DiseAo I, I1 y 111
Un grano de trigo es de forma ovalada como un huevo, pero contrariamente a este último, posee dos caras bien distintas, una abombada y otra plana, separadas en el centro a la luz podemos distinguir algunos pelos; el germen ocupa al otro extremo, bajo la parte abombada.
El grano es generalmente de color moreno claro, 1 grano pesa entre 25 y 40 g. Un grano de trigo se compone de tres partes esenciales:
I.
II.
111.
Las envolturas (del 12 al 15% en peso del grano). Están formadas por tres membranas: epicarpio, mesocarpio y endocarpio, que juntas forma el pericarpio. El germen (2.5 a 3%). Encargado de formar la futura planta, si el grano no es sembrado, el germen no entra en acción. Contiene muchas vitaminas y sales minerales, pero también materia grasa (12.5% de peso). La almendra harinosa (82 al 88%). Contiene la harina y está formada por pequeños alvéolos irregulares en los que se encuentran los dos componentes más importantes de la harina: el gluten y el almidón.
B Capa proteica
D Pabellbn nutritivo
Células longludinales Celulas transversales Epidermis del núcleo
Albumen amiláceo
Fig. l. Corte transversal del grano.
11.2 COMPOSICIÓN QUíMICA El grano maduro está formado por agua, proteínas, lípidos, almidón y otros azúcares como la maltosa, sacarosa, fibra, sales minerales y vitaminas.
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Laboratorio de Procesos Y Diseño I, II Y 111
El agua. El contenido de agua en el trigo varía según sea su procedencia; en climas humedos su porcentaje de agua oscila entre 16 a un 18%, y en climas secos, un mínimo de un 8%.
Prótidos. Los prótidos son el contenido proteínico del grano, un compuesto de nitrógeno, carbono, hidrogeno y oxígeno.
Sus valores medios oscilan entre un 9 a un 12%, el porcentaje de proteína total se divide en fracciones de globulina, prolamina, gluten.
Estas dos fracciones proteínicas del trigo son insolubles en el agua y, mediante el proceso de panificación, formarán el gluten y con el amasado adquirirá una alta elasticidad. Esta característica se la da al pan la glutenina y la extensibilidad, se la darán las gliadinas.
Lípidos. Los lípidos son la materia grasa que provienen de los residuos del germen principalmente, y su contenido es bajo. Los lípidos, debido a su composición y al proceso de transformación panificadora, contribuyen a la conservación del producto final obtenido.
Glúcidos. El almidón es el componente más importante de la harina. El almidón no se disuelve en el agua fría, ni en el alcohol, por lo contrario calentándolos a una temperatura aproximada de 50 a 65 "C estallan y forman unos engrudos (espesan). Tres gramos de almidón absorben 1 gr. de agua aproximadamente. El grano de trigo recolectado bastante maduro, permite obtener un pan de mayor volumen que el obtenido con granos no maduros.
Sales minerales. La mayor parte de cenizas ( o sustancias inorgánicas se encuentran en el salvado y se puede verificar mediante un análisis que estará en correlación con la tasa de extracción, en la molienda. Los principales minerales son: fósforo, magnesio, azufre, calcio y hierro.
Vitaminas. El trigo contiene bastantes cantidades de vitaminas tales como: la tiamina, la riboflavina, la cianina, etc. Pero carece de otras como las vitaminas C Y D.
Enzimas. Las enzimas son de procedencia proteínica y son catalizadores biológicos. Las enzimas más importantes son tres: alfa-beta amilosa, que provienen del trigo o se pueden añadir y que reduce el almidón a maltosa, y la diastasa que es la que produce la fermentación alcohólica.
La alfa-amilasa transforma el almidón en dextrina y maltosa, y la beta-amiiosa casi solo produce maltosa.
Las harinas producidas en climas secos tienen tendencias a ser pobres en alfa- amilasa, por lo que es necesario añadir este tipo de amilasa.
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Laboratorio de Procesos y Diseiio I, I1 y 111
COMPONENTES Porc
Agua 8 Proteinas Prótidos 8 Materia grasa Lipidos 1 5 Almiddn y otros azúcares Glúcidos 60 Sales minerales Ceniz 1 5 Vitaminas B y E 0’12
Mini mo :entaje en peso
Marno 18% 17% 2%
71 % 2%
E d e t o
Fig. 2. Corte longitudinal del grano.
11.3 PROCESOS DE OBTENCIóN DE HARINA DE TRIGO.
El proceso tradicional para la obtención de harina refinada se lleva a cabo utilizando equipos de procesos muy rudimentarios en los cuales se ocupan mucho espacio y operan con poca eficiencia además de que la manera de controlar los equipos aún se controla manualmente. Los molinos que se utilizan en el proceso tradicional comúnmente son de piedra y martillo, debido al bajo rendimiento de harina por pérdidas de producto. También es importante mencionar que este tipo de molino opera en circuito cerrado (con unas o más recirculaciones de harina). El área de cribado genera mucho ruido dentro de la planta.
11.3.1 SELECCIóN DEL PROCESO DE OBTENCIóN DE HARINA DE TRIGO.
El proceso seleccionado se inicia de la siguiente manera:
Recepción. El trigo llega a la fábrica de harina después de haber sido transportado o almacenado, durante el transporte o en el campo adquiere diversas impurezas. La fábrica debe estar equipada con una zona de recepción, para recibir el trigo proveniente de los diferentes lugares donde se cosecha.
AI llegar a la planta, el trigo puede contener impurezas adquiridas en el campo, durante el almacenamiento, el transporte o accidentalmente.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y 111
G Materias vegetales: semillas de malas hierbas, granos de otros
G Materias animales: excrementos y pelos de roedores, insectos,
O Materias minerales: Barro, polvo, piedras, objetos metálicos, clavos,
cereales, residuos de plantas, pajas, palos, etc.
ácaros.
tuercas, etc.
Prelimpieza. Las impurezas formadas por partículas discretas que no se adhieren al grano de trigo, se separan con un cribador-clasificador, basado en la diferencia de características físicas como son tamaño (longitud y anchura), forma, densidad, propiedades electrostáticas entre otras. La eficacia de la operación de cribado depende del diseño de la maquinaria, de la velocidad de alimentación y de separación de impurezas, además de separar las impurezas más pequeñas por medio de una corriente de aire.
Limpieza. Posteriormente el trigo se somete a otra prueba de limpieza; en esta etapa se pule el grano con el fin de obtener una harina mas blanca, desprendiendo los residuos de impurezas que no se separaron durante la etapa del cribado.
Acondicionamiento. En esta fase el objetivo principal es mejorar el estado físico del grano para su molturación y de esta manera mejorar la calidad de la harina fabricada. Este proceso implica el ajuste del contenido medio de humedad, secándolo o humedeciéndolo dependiendo del contenido inicial de humedad. Puede ser necesario recurrir al calentamiento o enfriamiento con el fin de conseguir la humedad deseada y su distribución dentro del grano.
Molturación. El objetivo de la molienda es separar el germen y el salvado del endosperm0 para la producción de harinas refinadas.
Tamizado. El proceso de tamizado consiste en la separación de partículas, basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. En el tamizado industrial los sólidos se sitúan sobre la superficie del tamiz. Los de menor tamaño o finos, pasan a través del tamiz, mientras que los de mayor tamaño, o colas, no pasan. En esta parte se separan los diferentes tipos de harinas.
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Laboraforio de Procesos y Disefio I, I I y 111
11.4 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO SELECCIONADO
alimentador Tomillo
-
Sistema neumatico
Lecho fluidizado
ventilador
Sistema de reposo
Colector de i finos / B. Proceso de humidificaci6n Molino
Tamiz
ventilador
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Laboratorio de Procesos y Diseiio I, I! y 111
11.4.1 ESQUEMA DEL PROCESO PARA LA OBTENCI~N DE HARINA DE TRIGO3
Cosecha de trigo
4 TranSpO*e P Recepción en la fá rica de los trigos
Separación de piedras gordas, hierbas y semillas
Almacenado
2*. Limpieza intensiva en seco
Eliminación total de cualquier partícula que no sea grano del trigo
Humedad del tri o entre 58%
Mojado del trigo limpio
4 4 4
3 4 [Adición de agua hasta conseguir una
del 16-17% esencialmente Humidificación.
Reposo del trigo 18-24 hr
Tamizado
Hahna Integral Harinh blanca
1 1 Salvado Germen
9
Laboratorio de Procesos Y DiSeilo 1, /I Y 111
111 ESTUDIO DE MERCADO"
111.1 Superficie cosechada en México
De acuerdo a las condiciones climatológicas y geográficas que permiten el desarrollo del cultivo del trigo, las siembras de los principales estados productores del ciclo otoño-invierno inician en el mes de noviembre y terminan en febrero del siguiente año. Por su parte, las cosechas inician en el mes de abr-íl y culminan en julio. A continuación se presenta una comparación de la superficie cosechada en el ámbito nacional con las zonas de mayor producción.
$ 1200000
fJ 1000000
r 800000
600000
400000
200000
O
Superficie cosechada (Ha) de trigo a nivel nacional
1993 1994 1995 1996 1997 1998
Alto
! R NACIONAL i \.NOROESTE 1
Fuente: para 1993-1 998: SARH. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola de los Estados Unidos Mexicanos (varios años). Gráfica l . Superficie cosechada de trigo en el ámbito nacional.
10
Laboratorio de Procesos Y Diseiio I, 11 Y 111
111.2 Valor de la producción total anual del trigo.17
Valor (mdp) del trigo a nivel nacional
Fuente: para 1993-1998: SARH. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola de los Estados Unidos Mexicanos (1 993 a 1998). Gráfica 2. Valor del trigo (mdp) en el ámbito nacional.
111.3 Producción
La producción del cereal en México se caracteriza por su marcada regionalización, aunque su cultivo se desarrolla en más de 20 estados; la mayor parte de la producción se localiza en las regiones Noroeste y Bajío.
4500000
4000000
3500000
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
O
Producci6n Nacional (ton) de trigo
~ 63 NACIONAL I NOROESTE ~U BAJIO
Fuente: para 1993-1998: SARH. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola de los Estados Unidos Mexicanos (varios años). Gráfica 3. Comparación nacional de la producción de trigo con las dos zonas más importantes.
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Laboratorio de Procesos y Diseiio I, II y 111
111.4. Valor unitario del trigo.
5 2500
3 2 2000 n
1500
1 O00
500
O
Valor unitario (pesoslton) de trigo en el ambit0 nacional
1993 1994 1995 1996 1997 1998 AAo
Fuente: para 1993-1998: SARH. Anuario Estadistico de la Producción Agrícola de los Estados Unidos Mexicanos (varios años). Gráfica 4. Precio de trigo (pesodton) en el ámbito nacional. e
En la Gráfica 4 se hace una comparación entre el valor promedio nacional y las dos zonas del país con mayor producción del grano. Estos valores se obtienen de dividir el precio de la producción total entre la cantidad total que se cosechó.
Precio del trigo (pesoslKg).
0.5
O 1993 1994 1995 1996
~ ..
, . . . . .
1997
1
1
1998 Año
Fuente: INEGI. X1 1 Censo Ejidal. Resultados Definitivos (1 993-1 998). Gráfica 5. Precio de trigo por kilogramo.
En esta Gráfica se presenta los precios del trigo por kilogramo, haciendo una comparación entre el precio promedio nacional y las zonas Noroeste y Bajío. Así por ejemplo un kg de trigo tiene un costo promedio de: $ 1.200.
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Laboratorio de Procesos Y Diseilo 1. I1 v 111
111.5 Precios correspondientes a junio de 2000.18
111.5.1-Precios en el mercado presentación paquete de 1 kg de harina de trigo
PRECIOS EN EL MERCADO DE HARINA DE TRIGO paquete de 1 kg.
12 j ~ . " _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ ~ ~- . _____" I mw "
De todo Chedraui Tianguis Carreofour M-CM CM M-CM Bodega De todo (MP) W"
Centros Comerciales
Fuente: Investigacion de mercado 2000. Gráfica. 6 Precios en el mercado para un kg de harina de trigo.
Valor Promedio de 1 Kg de harina de trigo en el mercado: $6.14
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y 111
111.6 Precios en el mercado presentación paquete de 1 Kg de harina para Hot Cakes.
Precios en el mercado de harina de trigo para Hot Cakes (Paq. 1 kg)
8 20 8 18 16
.; 14
n l2 k! 10
8 6 4 2 O
Gráfica 7. Precios en el mercado nacional para un kg de harina de trigo para Hotcakes (paquete de un kg).
Precio promedio de 1 Kg de harina de trigo para Hot Cakes es $12.40
111.6.1 Precios en el Mercado de harina de trigo para sopa de pasta paquete de 200gr.
4 3.5
3 2.5
2 1.5
1 0.5 O
Precios en el mercado de harina de trigo para sopa de pasta (Paq. 200 grs)
Gráfica 8. Precios en el mercado nacional para un Kg. de harina de trigo para sopa de pasta (paquete de 200 9). Precio promedio de harina de trigo para sopa de pasta de 200 gr, $ 2.40
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Laboratorio de Procesos y DiseAo I, I1 y 111
111.7 DEMANDA “CONSUMO NACIONAL”‘8
En el trigo el autoconsumo es poco significativo, debido a que los productores rurales no manejan los procesos industriales de transformación.
El proceso de comercialización se realiza en el mercado libre debido a que desde el año de 1991 la Compañía Nacional de Subsistencias Populares (CONASUPO) se retiró de las compras nacionales del cereal; la comercialización de trigo en México se lleva a cabo bajo normas de calidad establecidas en Norma Oficial Mexicana de trigo, en la que se estipulan las condiciones que debe tener un producto para los diversos usos, así como sus características comerciales. En esta norma se establecen los límites máximos de humedad, granos dañados, impurezas, granos con defectos y otras características.
Año Consumo Exportaciones Importaciones Producción (A) Aparente (C) ( 4
(A+B)-C (pesos)
4228444 43 1 699 1200,457 3,459,686 1995 5448474 881 73 141 3,743 4,122,903 1994 5325294 - 1741,488 3,583,806 1993 471 5507 - 1076,520 3,638,987 1992 (pesos) (pesos) (pesos)
1996 5 1 50437 1021 34 1872643 3,379,902
111.7.1
111.7.2
Consumo Nacional de trigo según destino.
CONSUMO PARTlClPAClON % Alimentación humana 82.5
r Alimentación animal 11 Semilla para siembra
3 Mermas 3.5
Destino de la producción de trigo para consumo humano:
Productos Derivados Consumo de Harina Galletas y pastas alimenticias
(91 O empresas) 7% Pasteles, proteínas y almidón.
65% Panadería tradicional 25% Panadería industrial 3%
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y 111
111.8 CAPACIDAD DE LA PLANTA Y UBICACIóN.
Para ubicar la planta se consideraron dos aspectos importantes, la producción de la materia prima (trigo) y el consumo del producto (harina); El lugar donde se ubicará la planta se encuentra en el estado de Guanajuato ya que es un punto intermedio, entre los mayores consumidores y el lugar donde se cosecha el trigo, lo cual también reduce los gastos de transporte.
La Harinera “MIGAHA se ubica en el parque industrial, con dirección: Avenida Tecnológico, cruce con autopista México-lrapuato, en el municipio de Celaya, estado de Guanajuato. Cuenta con una capacidad de producción de 120 Ton/día, y una producción media de 3600 Ton/mes, cuenta con un mínimo de 144 empleados, trabaja las 24 horas del día y opera los 365 días del año. Produce harinas de diferentes tipos, provenientes de algunas variedades de trigo.
IV TRABAJOS DE INVESTIGACIóN (PARTE EXPERIMENTAL)
lV.1 METODOLOGíA
La parte experimental se orientó principalmente a la caracterización física e hidrodinámica del trigo, la cual involucra también la identificación y cuantificación de impurezas; luego se hizo bajo un estudio experimental de los procesos de humidificación y secado debido a que, independientemente del contenido de humedad inicial del trigo, éste debe alimentarse al molino, con un contenido de humedad del 16% en base seca.
IV.2 CARACTERIZACIóN DE LA MATERIA PRIMA.
IMPUREZAS.
En este proceso el trigo debe ser limpiado para eliminar la paja, semillas extrañas, polvo e insectos.
Para la separación de impurezas se emplearon dos técnicas: 1) separación manual y 2) Separación con un equipo neumático (Separación de finos).
16
Laboratorio de Procesos Y Diseño 1. I1 Y 111
DIMENSIONES DE LOS GRANOS DE TRIGO.
Longitudes características. Con un vernier se miden las longitudes características según se muestra en el dibujo siguiente:
a) Longitud: = 0.67 cm. b) Ancho: a = 0.30 cm. c) Altura: c = 0.21 cm.
El volumen del grano puede ser calculado por diferentes métodos.
1. Aplicando la fórmula que permite el cálculo del volumen para una geometría irregular. Este cálculo se realiza basándose en las dimensiones medidas como se muestra en la figura. El volumen así obtenido es igual a 0.042 cm.
2. Volumen desplazado. Este cálculo se realiza sumergiendo en un recipiente con volumen aforado, una muestra de 10 granos. Posteriormente, el volumen desplazado por la muestra se divide entre el número de granos, obteniendo así el volumen promedio de cada grano. Calculado así, el volumen resultante es igual a 0.038 cm3.
3. Diámetro equivalente. El volumen obtenido por el método del desplazamiento, se iguala al voluimen de una esfera, de donde se despeja el diámetro equivalente del sólido.
El diámetro equivalente así obtenido es de: 0.417 cm.
Densidad empacada y aparente.
Las densidades empacadas y aparentes, se determinan pesando la masa de granos que ocupan determinado volumen de referencia (probeta). Para calcular la densidad empacada, esta masa de sólidos se divide entre el volumen de la probeta. Para la densidad aparente, la misma masa de granos de la probeta se divide entre el volumen de la probeta corregido por el volumen vacío entre granos, el cual s'e determina midiendo, por medio de una bureta, la cantidad de
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Laboratorio de Procesos y Riser70 I, I I y 111
agua que se puede añadir a la probeta, sin rebasar el volumen ocupado por los sólidos.
Los resultados así obtenidos son:
Densidad empacada: 0.817 g / cm3 Densidad aparente: 1.367 g / cm3
Contenido de humedad de los sranos.
El contenido de la humedad de los granos puede reportarse en base húmeda o en base seca. En ambos casos, la metodología experimental que se sigue es la misma y consiste en secar inicialmente una muestra de granos, previamente pesada, introduciéndola en una estufa a 120 "C durante 24 horas. AI cabo de este tiempo se vuelve a pesar la muestra y entonces, se aplica cualquiera de las siguientes ecuaciones.
Base Húmeda x=- 0100 -4 e
Base Seca
Otra manera de calcular el YO de humedad, es por medio de una termo-balanza. El porcentaje de humedad inicial que se registró fue de: 5 % de humedad.
1V.3 SECADO.
El secado es una operación unitaria en la que se presentan simultáneamente la transferencia de calor y masa, y se aplica en el caso de que los granos de trigo tengan un contenido de humedad mayor del 16% en base seca; si fuera éste el caso, en el proceso de tratamiento del grano se tendrá que considerar esta operación.
En este proyecto el estudio relacionado con el secado de trigo se orientó a determinar los tiempos de secado necesarios para disminuir el contenido de humedad en los granos, desde un 30% en base seca, hasta un 16% base seca, estableciendo además las mejores condiciones de operación para lograrlo.
La metodología consistió en humedecer artificialmente los granos de trigo agregando la cantidad de agua necesaria, calculada con el balance de agua, representado por la ecuación (0.3). Después se establecieron tiempos de reposo necesarios para lograr que el trigo se humedeciera lo más uniformemente pos¡ ble.
18
Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y 111
Una vez que sealcanza el contenido de humedad deseado, los granos de trigo se introducen al secador de lecho fluidizado y sé monitorea la evolución del contenido de humedad de los granos en función del tiempo.
Del balance de materia, en base seca, se concluye que:
a) Balance de agua necesaria para humedecer 500 g de trigo al 25% es de 93.8 ml.
X
Curva de secado en lecho fluidizado
O 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Tiempo (min)
Gráfica 9. Curva de secado de trigo utilizando lecho fluidizado a 60°C. (experimento 3).
La Gráfica 9. Indica el tiempo necesario de secado para disminuir el porcentaje de humedad hasta un 16%, que es de aproximadamente 30 min.
IV.4 Humidificación.
Como comúnmente el contenido de humedad del trigo cosechado es menor al 16% en base seca, por lo que es necesario humedecerlo antes de introducirlo al molino. El balance de agua establecido en la ecuación (0.3 ), también puede ser utilizada para calcular la cantidad de agua necesaria para llevar el trigo del contenido de humedad inicial al 16y0 esperado.
19
Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y 111
IV.4.1 Acondicionamiento en frío.
Otro procedimiento empleado fue el sumergir el trigo en una tina con H20 en exceso, por un espacio de tiempo adecuado, para así establecer la curva de humidificación representada por la gráfica 2. En este procedimiento resultan muy importantes los tiempos de reposo que se le deben dar a los granos, para así lograr que todos se humedezcan uniformemente.
Del balance de materia en base seca se obtiene:
Cantidad de agua necesaria para humedecer 500 g de trigo al 16%: 51 ml. (por cada tonelada de trigo se utilizan 102 litros de agua).
0 Tiempo de reposo para humectar: 24 h.
I
Curva de humidificaci6n de trigo ¡ m
18
16
14 12
10
8
6
4 2 O
! O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 1 I i
Tiempo (min) I Gráfica 10. Curva de humidificación, 24 h de reposo.
La gráfica 10, muestra que para un tiempo de 24 h de humectación, se logra un 16% de humedad en base seca.
IV.4.2 Acondicionamiento templado.
Para evitar el retraso de 1-3 días que produce el tiempo de reposo, con el acondicionamiento frío (para establecer el equilibrio de humedad), se puede realizar el acondicionamiento templado del trigo durante 1-1.5 hrs. A temperatura del agua desde 30 OC hasta 46 "C. Se recomienda no obstante, que el trigo así acondicionado, quede en reposo durante algunas horas antes de moler.
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Laboratorio de Procesos Y Diseño 1. / I Y 111
El procedimiento experimental es el siguiente: Calentar agua a 46 "C. Sumergir el trigo en el agua a 46 "C, durante 5 minutos. Reposar 1 hora.
Si se emplea este procedimiento se alcanza el 16% humedad.
IV.4.3 Acondicionamiento caliente.
El procedimiento para el acondicionamiento caliente, es una modificación del descrito anteriormente para el templado, de modo que la temperatura del agua se eleva a 60°C o más, pero se mantiene así en un periodo de tiempo más corto. El acondicionamiento caliente se practica con menos frecuencia que el templado a causa del peligro de estropear la calidad panadera del gluten por tratamiento excesivo de calor.
Esta técnica no es factible para la humectación del trigo, ya que causa daños en la calidad del trigo.
IV.5 Lecho fluidizado horizontal y aspersión.
En un lecho fluidizado de sección transversal rectangular (0.3x0.60 m) horizontal; se alimenta trigo, con un flujo de aire mínimo necesario para fluidizar el grano, posteriormente por medio de la aspersión se rocía agua al trigo con el fin de incrementar su humedad.
Al término de este experimento se mide la humedad que alcanza el trigo; se encuentra un aumento de tan solo un 3% de humedad, por tal motivo descartamos este método de humidificación, ya que se necesitan grandes cantidades de agua y tiempos de residencias muy largos en el lecho para alcanzar la humedad óptima.
El proceso de humidificación con lecho fluidizado fracasó debido a las condiciones del equipo utilizado, ya que no se alcanzó el 16Y0 de humedad; se requiere además de grandes cantidades de agua, incrementar la potencia del ventilador para obtener mayor fluidización.
De los métodos descritos anteriormente se comprobó que el método que cumple con los requerimientos antes mencionados, es el de acondicionamiento por inmersión, debido a que en este experimento el tiempo de humectación es muy corto comparado con los métodos realizados anteriormente. Cabe mencionar que el método de acondicionamiento caliente también tiene tiempos de humectación muy cortos, sin embargo se desechó debido a que causa daños en la calidad del trigo.
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Laboratorio de Procesos Y DiseAo I, I1 Y 111
IV.6 Molienda.
El proceso de molienda consiste en la trituración del grano de trigo con el fin de separar el germen y el salvado del endospermo, para la producción de harinas.
Descripción de Molinos.
El molino de rodillo es la maquina que generalmente se emplea para la molienda de trigo y centeno, para convertirlos en harina de grano fino. Uno de los molinos usuales que se utilizan para este fin tiene dos pares de rodillos capaces de efectuar dos reducciones por separado. Después de cada reducción, el producto se conduce a una maquina de cribado para separar la harina fina, en tanto que el producto grueso se devuelve para la reducción posterior. El material de alimentación se dosifica en la parte superior en donde un sacudidor vibratorio lo disemina y extiende hasta formar una capa delgada en todo lo ancho de los rodillos.
Los rodillos se fabrican en varios tipos de corrugado. Hay dos tipos estándar que son los de mayor uso general: el sin pulir y el pulido; el primero de ellos, se utiliza primordialmente para el trigo y el centeno, en tanto que el segundo se utiliza en maíz y otros productos alimenticios. En condiciones comunes se utiliza un rodillo afilado contra otro también afilado, cuando se muele trigo muy resistente; un rodillo romo y rápido, contra un rodillo lento y afilado, para trigo ligeramente quebradizo y un rodillo contra otro rodillo romo para trigo muy quebradizo. La relación de velocidad es por lo común 2 % a 1 para rodillos corrugados y 1 X para rodillos lisos. Al examinar las marcas dejadas en los fragmentos de granos, se llegó a la conclusión de que la acción diferencial de los rodillos llega realmente a romper el grano y despojar el endospermo de la cáscara o cubierta.
Un molino de cuchillas rotatorias, consta de un rotor horizontal que gira de 200- 900 RPM en el interior de una cámara cilíndrica. Sobre el rotor van acopladas de 2-12 cuchillas con extremos de acero que pasan muy próximas sobre 1-7 cuchillas estacionarias. Las particulas de alimentación entran en la cámara por la parte superior, son cortadas varias centenares de veces por minuto y salen a través de un tamiz situado en el fondo con aberturas de 5-8 mm. A veces las cuchillas móviles son paralelas a las cuchillas fijas, otras veces, dependiendo de las propiedades de la alimentación ambas cuchillas se encuentran formando un ángulo. Las cortadoras rotatorias y los granuladores tienen un diseño similar. Un granulador produce partículas más o menos irregulares; una cortadora puede dar cubos cuadrados delgados o gránulos.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, I I y 111
Descarga
Fig. 3. Esquema representativo de un molino de cuchillas rotatorias.
Este proceso de molienda se lleva a cabo por medio de un circuito abierto, ya que no hay necesidad de volver a moler las partículas más gruesas puesto que este método es suficiente para el tamaño de partícula deseado, y se obtiene un buen rendimiento, además de que se pierde energía en moler partículas que ya son suficientemente finas.
IV.6.1 Molino.
Molino de cuchillas giratorias Capacidad: 17 Kg / h
0 Potencia: 5 HP. Abertura del tamiz: 1.5 mm de diámetro.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y I11
IV.7 Tamizado.
El tamizado consiste en la separación de partículas por tamaños, esta separación se lleva a cabo por medio de mallas de diferentes aberturas que dependerán del grado de finura de la harina deseado.
Rendimiento: 20%
Por cada Kg de trigo se obtienen 200 g de harina refinada. (200 Kg harina / Ton de trigo).
De la literatura, se sabe que un buen rendimiento es del 18 %, esto indica que un rendimiento del 20% es satisfactorio.
Distribución y tamaño de partícula.
Diámetro de partícula promedio (dp): 48.78 m ó 0.048 mm.
V. DISEÑO DE LA PLANTA DE HARINA DE TRIGO.
La planta estará diseñada para producir 120 ton de harinddía y la materia prima que se requiere para esta producción es de 160 ton de trigo/día.
Esta producción esta basada en el estudio de mercado por medio del cual se determinó que el consumo de harina en el ámbito nacional supera a la producción de harina de trigo en el país, aún cuando se registran más de 104 molinos en México con capacidades similares a la propuesta en esta planta y en algunos casos son mucho mayores, un ejemplo de esto es el grupo Bimbo que cuenta con uno de los molinos más grandes del país con una capacidad de producción que rebasa las 500 ton de harina/día.
Por otro lado existen mas de 910 empresas dedicadas a la industria galletera las cuales constituyen apenas el 7% del consumo nacional de harina, la industria dedicada a la panadería tradicional constituye el 60% del consumo.
Con base en esta capacidad (120 tonldía) se realizaron los balances de materia y energía necesarios para el diseño, dimensión y la selección de los equipos necesarios para este proceso.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, 11 y 111
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25
Laboratorio de Procesos y Diseño I, I l y I l l
NOMENCLATURA:
F: Flujo de alimentación A: Flujo de trigo semilimpio. B: Flujo de impurezas, salida de trigo enano e impurezas. C: Flujo de impurezas, salida de trigo quebradizo e impurezas. D: Flujo de trigo limpio. E: Flujo de agua que se alimenta a la alberca. E’: Flujo de agua que se evapora en el lecho fluidizado. G: Flujo de trigo limpio, en 6ptimas condiciones para entrar al molino. G’: Flujo de trigo limpio, en óptimas condiciones para entrar al molino (Vía Secado). XB: Composición del trigo enano. GI: Composición de impurezas. Xc: Composición del trigo enano. Xcl: Composición de impurezas. XE: Composición del agua. &: Composición de agua. XG,: Composición del trigo seco.
Realizando el balance de masa para el proceso global se obtienen los siguientes resultados.
Flujo de A: 1.324 kg/s. Flujo de B: 0.058 kg/s. Flujo de C: 0.077 kg/s. Flujo de O: l. 24 7 kg/s. Flujo de E: O. 161 6 kg/.. Flujo de E’: 0.05 kg/s (Vía Secado). Flujo de G: 1.4 1 O1 kg/s. Flujo de G’: 1.197 kg/.. (Vía Secado).
26
I I-:=-- ,+"
I I
a >
h L
27
Lahorutorio de Procesos y Diseiio I, II y III
V.2 BALANCE DE ENERGIA EN CADA EQUIPO:
K2.1 BALANCE DE ENERGIA EN EL SECADOR.
Balance de Energía en el intercambiador.
Calor necesario para calentar el aire de 20-60 “C
Q,, = m,, Cpaire AT mre
Datos:
Donde:
Q,,, = (2.5 Kv) S (1 007 40°C)
Qui, = 100600 = 100.6 /4 K2.2 BALANCE DE ENERGIA EN EL LECHO FLUIDIZADO (SECADOR)
a n w = m, [%Y + x ~ h 3 2 0 ] A T + 5 , 2 , , .-%,o 60°C;~ . Evap.
= 702 Kv S
Qmn, = Q l m r . + Qz + Qparedes
Se considera que la pérdida de calor es despreciable.
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Luhorutorio de Procesos y Diseño I, II y III
Q parecles = o Qtotd = 7 2 0 k J / + S 1 0 0 h k J L + O
V.3 COSTOS DE EQUIPO."
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Luborutorio de Procesos v Disefio I. II v 111
V.4 ALTERNATIVAS DE EQUIPO, DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y POSIBILIDADES DE ADQUISICI~N.‘~
V.4.1 TORNILLO DOSIFICADOR
J La construcción es de acero, con una longitud de 6 m, y una capacidad de alimentación de 5 kglhr.
V.4.2 TOLVA
J Construida de acero al carbón, reforzada con pintura epóxica especialmente para granos.
V.4.3 CRIBA O ZARANDA
J La construcción es de acero al carbón con recubrimiento epóxico, en este equipo el producto cae por gravedad separando las impurezas de mayor tamaño del grano.
V.4.4 CLASlFlCADORES A DISCOS ALVEOLADOS
CARACTER\STICAS: J Clasifica el grano y semillas por el tamaño y forma de alveolo. J Los discos son alveolados por ambas caras. J En el sistema que ocupa menos espacio para la misma capacidad. J Facilidad de superposición hasta tres clasificadores. J Construcción de hierro fundido y acero con rodamientos a bolas.
V.4.5 RECOLECTORES DE POLVO “CICLON”
Se usan en la industria en general para la eficiente limpieza del aire cargado de polvo. Consisten en cuerpos cilíndricos que tiene la entrada del aire en forma de espiral, dentro del cual tiene un tubo central de salida del aire limpio; a continuación tiene atornillado el cuerpo cónico, que recoge el polvo desprendido sacándolo por la parte inferior. El modelo SCC con dispositivo para circuito cerrado, se usa para lograr una mayor eficiencia requiriendo los ciclones en serie; en este caso el aire entra primero al ciclón modelo SC y la salida del aire de éste, se conecta con la entrada del modelo SCC; éste tiene además una salida de aire marginal, que recoge el aire polvoso que circula junto a la pared del cuerpo del cilindro, el cual en la cantidad deseada, controla por una válvula, se conduce de vuelta al tubo de entrada del primer ciclón, para una segunda operación.
30
La construcción es de /ámina de acero, laminada en frío, soldada eléctricamente.
VI PERSONAL NECESARIO: Ncmero, Posición, Sueldo,
Vl.1 ORGANIGRAMA DE LA PLANTA.
Consejo de administración
Dirección General
Ventas y Compras
Contraloria ntrol de Calid
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Laboratorio de Procesos v Diseño I. 11 v III
VI.2 PERSONAL NECESARIO
V1.2.1 Número, Posición y Sueldo
1 PERSONAL 1 SUELDO ($/MES)
1 Director General 131 O00
1 Gerente General 1 15 600
Contador
8 O00 Lic. en Administración
f 0 O00
1 (2) Ayudantes de ventas 1 10 400
1 (2) Secretaria Ejecutiva 1 13 O00
Secretaria
48 000 (3 ) Supervisores de planta ( I . Q . )
Sueldo Mensual ($) Personal 6 500
! (30) Trabajadores /turno de almacén 1 I20 O00
(3) Operadores de humidificación
96 O00 (20) Obreros de empaquetado.
150 O00 (30) Personal de producción
10 500
1 (30) Cargadores de almacén. 1 105 O00
1 (4) Choferes 1 18 O00
i(30) Personal de limpieza I I20 O00
(2) Embarques
$ 8 344 O00 Total (MN.)
16 O00 (4) Control de calidad (1.Q)
8 400
Número de trabajadores = 144 Sueldos/ aiio = $8 344 000.00 * 12 = $ 1 O0 128 000.00 Edificios = $ 13 779 441.80
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Luhorutorio de Procesos v Diseño I. II v III
VI1 EVALUACIóN ECONOMICA DEL PROYECTO
V1I.f METODOS DE COMPARACldN DE PROYECTOS
(Rentabilidad)
Valor Actual Neto (VAN). Valor Presente Neto (VPN).Un valor equivalente del proyecto tal que éste se diera en el presente. Tasa Interna de Retorno (TIR).
Tasa de interés (TREMA) = Tasa de Rendimiento Mínima Atractiva. = 18% + 20% (por riesgos imprevistos).
TIR = Tasa Interna de Retorno (rendimiento).Representa la tasa de interés que se gana sobre el saldo no recuperado de la inversión.
VPN = -So + 2 S* (1 + TREM)' (1)
t=l
Donde:
O = Presente n = Periodo de tiempo
Vll.2 ESTlMAClÓN DE COSTOS
V11.2.11NVERS1ÓN TOTAL = Costo de capital fijo + capital de trabajo + capital de inicio (arranque).
CAPITAL DE TRABAJO = O. 15"lnversión total
CAPITAL DE INICIO = O. 1 *Capital fijo.
CAPITAL FIJO = Costos directos + costos indirectos.
COSTOS DIRECTOS = Compra de equipo y maquinaria ( en el sitio).
COSTOS INDIRECTOS = gastos de instalación + contingencias.
CONTINGENCIAS = 0.20*costos directos.
GASTOS DE INSTALACIóN = 0.05"costos directos
COSTO DE MANTENIMIENTO = 0.04 del capital fijo.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, IIy 111
COSTO DE REFACCIONES = 0.1 5 costos de mantenimiento. = O. 15*0.04*capital fijo.
COSTO DE MANUFACTURA = Costo directo de producción + cargos fijos + OVHD de la planta ( Over head ).
COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCIóN = Costos de materia prima + costo por servicio + O.O46*capital fijo + 1.35*trabajo de mano de obra + 0.03 costo total de producción.
CARGOS FIJOS = Impuestos locales (predial) + seguros + rentas + Intereses = 0.03*capital fijo
OVHD de planta = 0.6*( costo por sueldo + supervisión + mantenimiento) = O.G(costo por sueldo + 0.2 costo por sueldo mano de obra + 0.04 capital fijo) = = 0.72(costo por sueldo mano de obra) + 0.024capital fijo.
COSTO TOTAL DE PRODUCCIóN = Costo manufactura + gastos generales.
= 1.03(materia prima + servicios) = 2.13(coStO por sueldo, mano de obra) = O. 103Capital fijo + 0.025lngresos por ventas
V11.2.2 EVALUACIóN DEL PROYECTO
Ingresos por ventas 759200000 =
Inversión total =
FA11 $19574707.8
producción
$. 4 A 4
v FA12 v
v vFA14 Costos totales de
v v $23386371 1
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Laboratorio de Procesos v Diseño I. 11 v 111
VPN = -759 200 O00 + 370003912 370003912 370003912 370003912+ + + +
(1 + 2)’ (1 + i)’ (1 + 2>3 (1 + 214 3700039 12
Resolviendo la ecuación anterior: i = 0.5
Se espera que en un plazo no mayor de 5 años, se recupere la inversión realizada.
Si TIR = 0.50 > TREMA = 0.38 Se acepta el proyecto.
V11.2.3 POTENCIAL ECONÓMICO DEL PROCESO
P.E. = Ingresos por ventas - costos de materia prima.
P.E. (%) = Ingreso por ventas - Costo materia prima Costo materia prima
* 100%
Si P.E.(%) > 150% entonces el proyecto es rentable.
P.E. (%) = 983 %
Vll1.-SEGURIDAD E HIGIENE
VIII.1 PLAGAS Y ENFERMEDADES
Son muchas las plagas que pueden afectar al trigo ( y cereales en general) tales como los chinches, gusanos, pulgas, etc. Algunas especie del genero Aelia y otros del genero Euryguster, que comúnmente se llaman “garrapatillo”. En un país caluroso como el nuestro es problemático, pues el insecto “pica” el grano del trigo e inyecta degradando el gluten. Un tercio de la producción mundial es atacada por insectos durante su almacenamiento.
Vlll.2 ALMACENAMIENTO
Exige un control con una serie de parámetros muy importantes para su mantenimiento de las buenas condiciones del grano. Estos parámetros son la humedad, la temperatura, las bacterias, los hongos y los insectos.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, I l y III
Manteniendo unas condiciones de temperatura inferiores a los 20 "C con menos de un 12% de humedad se controla la respiración del grano se evita el crecimiento de hongos y de insectos. El grano, sin embargo, al ser una materia viva, pierde peso durante tiempo de almacenaje por efecto de su propio metabolismo.
Vlll.3 RUIDO (AREA DE CRIBADO)
El ruido se genera en las plantas de cribado por el impacto del material de alimentación sobre la superficie de las cribas. El mecanismo motriz también genera ruido. La plataforma de hules y los recubrimientos de hule, pueden reducir en forma sustancial, el ruido del impacto de la alimentación, con el beneficio adicional de una vida más largas de las plataformas. El ruido de los mecanismos rnotrices se puede reducir al encerrar el mecanismo en una caja o mediante la adición de material a las placas de los lados, para amortiguar el ruido.
Dependiendo de los materiales de la alimentación, el polvo generado en la operación de cribado puede ser peligroso debido a los riesgos de explosión.
V711.4 EXPLOSION POR POLVOS
Polvos combustibles, dispersos en el aire que al quemarse explotan, debido a una combustión muy violenta. Se desencadena el efecto en serie, la explosión inicial produce la agitación de polvos acumulados en otras secciones de la planta, generándose explosiones secundarias. Las velocidades de reacción y de aumento de presión son menores, que las que los líquidos y gases, pero ocasionalmente la energía generada, (impulso) es mayor.
Vlll.5 CONDICIONES PARA LA GENERACIóN DE POLVOS EXPLOSIVOS.
J Concentración de polvos dentro del rango explosivo. J Una fuente externa de ignición. J La combustión ocurre en un volumen confinado.
Vlll.6 FUENTES DE IGNlClON
J J J J J J
Llamas abiertas. Superficies calientes. Electricidad estática. Arcos eléctricos. Fumar. Otros, como roces mecánicos, herramientas, etc.
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Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y III
En una planta procesadora de trigo, los lugares donde se pueden llevar acabo una explosión por polvos son los siguientes lugares:
J
J
J
Operacion de molienda: Mezclas de polvos en el interior del molino y polvo acumulado en exterior. Operaciones con granos: Transporte, elevación, filtración y ensilado, se produce polvo que se dispersa en el aire. Transporte Neumático: Operaciones de captación de polvos y de sustancias que se van desmenuzando.
Vlll.7 PARAMETROS DE LOS POLVOS EXPLOSIVOS
J Tamaño: Menor que 4 micrones, (menor que 0.4 mm) J Concentración: Nivel inferior: 30 - 60 gr /m3
Nivel superior: 2 - 6 Kg /m3 J Indice de explosividad: Es una medida del tipo de la explosión. J Otros: Energía de ignición, concentración de oxigeno, humedad.
Vlll.8 INDICE DE EXPLOSIWDAD
lndice de Explosividad
Fuerte 1.0 - 10 Moderada 0.1 - 1.0 Débil c 0.1 Tipo de Explosión
Muy fuerte >I o
índice de Explosividad = Sensibilidad Explosiva * Gravedad Explosiva
El índice de explosividad de la harina de trigo es:
Producto 97 50
~ 4.1 Harina de trigo Presidn (Lb.) gr/m3 lndice Explosivo
La presencia constante de polvos constituye una atmósfera explosiva, por lo que los sistemas eléctricos deben cumplir las siguientes normas:
J Motores con cubiertas que eviten la entrada de polvos. J Los aparatos de iluminación, interruptores, fusibles, etc., deben estar en
J La temperatura máxima de los equipos adyacentes no deben exceder de cajas que impidan la ignición de los polvos.
150°C.
37
Luborutorio de Procesos y Diseño I, I¡ y III
Vlll.9 PREVENCIÓN DE EXPLOSIONES DE POLVO
J Ignición: Eliminación de fuentes de ignición.
J Hemeticidad: Utilización de equipos herméticos.
J Succión Interna: de polvos y envío a colectores de polvos.
J Succión Externa: Limpieza frecuente.
J Disefio Adecuado: Superficies con ángulos > 60", para favorecer deslizamiento del polvo.
J Inertización: Reemplazo parcial de oxigeno por gases inertes, (nitrógeno o dióxido de carbono. Disolución del polvo carbonoso con 65% de caliza).
J Supresión: Existen sistemas de supresión de la explosión, los que utilizan sensores, que en milisegundos pueden detectar una explosión incipiente y suprimirla.
J Construcción a prueba de explosión: Paneles, ventanas, venteos, etc.; que se abran a la mínima presión.
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Laboratorio de Procesos y Disefio I, N y III
BlBLlOGRAFíA
Calderas Tecnovap, Arroyo Tlaloc 15, Estrella Sur, Iztapalapa, México, D.F.
Econotecnia Agrícola, Situación de la Agricultura Nacional en 1980, y algunas consideraciones sobre el mercado internacional.
Equipos y Transportadoras Nacionales, S.A., Callejón Hidalgo No.42, Barrio San Miguel, lztapalapa México, D.F.
FELDER R., Rosseau R. Principios Básicos de los Procesos Quimicos, Editorial El manual moderno. México 1981.
FOUST, S., Alan. Principios de Operaciones Unitarias. ED. CECSA, México 1997.
GRANT E.L., lreson W.G. Principios de lngeniería Económica. 28. ED. CECSA. México 1989.
GEANKOPLIS, Christie. J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. ED. C.E.C.S.A. (1982).
lndustrial Filter & Pump MFG. CO, 5900 OGDEN AVE. CICERO, IL 60804
INEGI. XI1 Censo Ejidal. Resultados definitivos.
(IO) INEGI, Manual de Estadística Básica del Estado de Guanajuato, INEGI 2001.
(1 I ) lnsumos, Agrícolas, Precio Promedio de Ventas, 1995, Secretaría de Agricultura, Ganadería y Desarrollo Social Centro Estadístico Agropecuario.
(12) KENT. N.L. Tecnología de los Cereales, ED. Acribia S.A. (ESPAÑA).
39
Laboratorio de Procesos y Diseiio I, II y III -
(13) Maquinaria Morros, S.A. de C.V. Disefio y Fabricación de Maquinaria para el Procesamiento de Granos y otros Procesos Industriales.
(I 4) Mc. CABE, J.C. SMITH., P. Harriott, Operaciones Básicas de Ingeniería Química, ED. McGraw-Hill./interamericana de España. España (I 991).
(15) PERRY'S. Chemical Engineer's Handbook, sixth edition. Ed. Mc Graw- Hill./lnt. ED. (1 984).
(16) SAGAR. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola de los Estados Unidos Mexicanos, 199 7.
(1 7 ) SAGAR. Serie Estadística de Producción y Comercializacii5n de Trigo, 1987- 1993.
(I 8) SYCSA. Silos y Camiones, Equipos y Transporte a Granel, Pachuca Hidalgo.
(19) Tecnología de los Alimentos; Industria y Mercado, Moviendo a la industria del trigo. Vol. 35 Núm. 02, febrero 2000.
(20) TREYBAL, ROBERT. E. Operaciones de Transferencia de Masa. ED. M,Graw Hill. U.S.A. (1980).
40
Laboratorio de Procesos y Iliseño I, I1 y III
APÉNDICE A
Comportamiento de las curvas para la operación de secado del 25 al 16% de humedad.
C u r v a d e s e c a d o e n l e c h o f l u i d i z a d o
Grhfica Al. Curvas de secado en lecho Ruidizado.
Curva de secado
O 5 10 15 20 25 30 35 4 0 45 50 55 60 65
Tiempo (min)
Gráfica A2. Secado en lecho fluidizado (experimento 2).
41
Laboratorio de Procesos v Diseso I. II v III
Curva de secado en lecho f lu íd izado
Tiem P O (min )
Grhfica A3. Curva de secado de trigo utilizando lecho fluidizado a 60°C. (experimento 3).
Se realizaron tres pruebas para determinar el tiempo de secado.
Como se puede observar en las gráficas anteriores, a un tiempo de 30 min de secado se alcanza el 16% de humedad en base seca.
Esto se puede observar en la gráfica A3, que es la representativa de la operación de secado.
42
Luborutorio de Procesos y I>iseño I, I/ y III
APÉNDICE B
Curvas de humidificación.
Se realizaron tres pruebas a diferentes tiempos de reposo.
16 14 12 10 8 6 4 2 O
Curva de humidificación, 3 hr. de reposo
O 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Tiempo (min.)
Gráfica Bl . Curva de humidificación de trigo, 3 h De reposo.
Curva de humidificación 24 hr. de reposo
O 20 40 60 80 l o o 120 1 4 0 1 6 0 Tinpo (mín.)
Gráfica 82. Curva de humidificación 24 h de reposo.
43
Laboratorio de Procesos y Diseño I, IIy 111
18 16 14 12 10 8
6 4
2
O
Curva de humidificacidn de trigo
O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Tiempo (min)
Gráfica 83. Curva de humidificación, 24 h de reposo.
Las gráficas anteriores muestran, que es necesario un periodo de reposo de 24 hr para alcanzar el porcentaje de humedad óptimo (16% base seca).
44
Laboratorio de Procesos y Diseño I, Ny III
APÉNDICE c
Distribución de tamaño de partículas,
Peso Rango #tamiz (x/dp)i Frac. peso dpi (om) diam.(um) D<dp acum. m(gr) , 25 O
180 98.84 5.82 180 0.0003 (98.84-93.02)lOO (180+150)/2 180-1 50 150 93.02 12.72 150 0.0010 (93.02-80.3)/100 (150+100)/2 150-100 1 O0 80.3 14.14 100 0,0019 (80.3-66.16)/100 (100+48)/2 100-48 48 66.16 31.25 48 0.0071 (66.16-34.91)/100 (48+40)/2 48-40 40 34.91 19 40 0.0050 (34.91-1 5.91)/100 (40+35)/2 40-35 35 15.91 11.52 35 0.0035 (15.91-4.39)/100 (30+35)2 35-30 30 4.39 4.39 30 0.001 5 (4.39-0)/1 O0 (30+25)/2 30-25 25
L (x/dp)i = 0.0205 dp = l / (n x/dp)i 48.78 om
Tabla C1. Calculos la distribuci6n del tamaAo de partícula para harina de trigo.
Histograma de distribución de tamaño de partícula
Grdfica C2. Distribuci6n del tamaAo de partícula.
45
Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y III
r".--".- _ ~ . . _ _ _ _ _ " _ _ _ _ _ _ - . _ _ ~ 1
j Histograma de distribuci6n de tamaAo de partícula I
xi Diametro de partícula (pm)
I ,
Grdfica C3. Histograma de distribución para tamaAo de partícula.
Resultados del tamizado.
Rendimiento: 20%
Por cada Kg de trigo se obtiene 200 gr de harina refinada. (200 Kg harina / Ton de trigo).
Distribución y tamaño de partícula.
Diámetro de partícula promedio (dp): 48.78 iZm ó 0.048 mm.
46
Laboratorio de Procesos 3) DiseAo I, I/ y 111
APÉNDICE D.
SíNTESIS DEL PROCESO
RECEPCION I .23% de impurezas.
5.25% trigo enano. I I 1 I I
4% de trigo enano.
HUMIDIFICACION ( templado)
T reposo ("C) t reposo (min) %H 1) 60 10 20 2 )605 17.8 3) 50 5 16 4) 50 5 16
T secado(min) %H
MOLINO t = 12 min / Kg
Rendimientos 12.72 10.73
47
- I,uboratorio de Procesos y Diseño I, II y III
APÉNDICE E
CARACTERíSTICAS DE LOS DE EQUIPOS"
CARACTERíSTICAS DEL CRIBADOR
J
J
J J
J
J
Para cribar, clasificar, separar, o cernir los más variados productos, con adaptabilidad al uso específico de cada uno de ellos. Distribución transversal elíptica del producto y avance rectilíneo regulable con ajuste de la velocidad. Accionamiento libre oscilante totalmente exento de trepidaciones. Bancada modular que permite la superposición de dos o más maquinas, aumentado la capacidad o el número de clasificaciones. Cribas fáciles de quitar que se mantienen limpias por medio de pelotas de hule. Puede suministrarse con dispositivos de aspiración del polvo y demás impurezas livianas, adaptadas a la salida del producto y además a la entrada si así se desea.
Tipo Capacidadde- Largo Ancho ( m ) trigo Ton/hr ( m )
RED-1016 B 5-1 O 2.95 1.90
DESPEDREGADORA DE GRANOS
La despedregadora de granos, densimétrica modelo DSP, opera por el principio de separación por diferencia de densidad entre el grano y las impurezas más pesadas tales como: piedras, vidrios, clavos, etc. También puede emplearse para purificar otros productos de partes más pesadas que contengan. El grano entra a la caja alimentadora que lo distribuye a la zona preseleccionadora de la criba, en cantidad regulable. Dicha criba en su correspondiente bastidor inclinado y angostado hacia la salida de las impurezas pesadas, es accionada mediante un vibrador que le imprime un movimiento oscilatorio. A través de las mallas de la criba asciende una corriente de aire uniforme que se le proporcionará a la maquina, la cual debidamente regulada, formará un cojín encima de la criba que lo sostendrá el grano mientras sigue la pendiente del grano inclinado, en cambio las impurezas pesadas son impulsadas por el movimiento oscilatorio, hacia la parte más elevada del mismo. Una corriente de aire en sentido contrario, junto al borde de salida de las piedras o zona de repaso, impide que algún grano más pesado salga junto a las impurezas pesadas. El diseño de la maquina facilita la inspección y limpieza. La construcción robusta, con rodamientos a bolas y su funcionamiento es seguro y extenso de vibraciones, siendo además el acabado y la presentación inmejorables. Todo lo cual unido a la perfección del trabajo de separación que efectúa, la hacen altamente recomendable.
48
Laborutorio de Procesos y DiseAo I, II y III
Tipo Largo 1 Capacidadde 1 Ancho - (m) (m) I I trigo Ton/hr
DSP 5-1 O 1.85 0.90
CERNIDOR PLANO “HERMEPLAN”
J J J J J J J J J J
Apriete hermético de los tamices mediante manivela. Cambio extra rápido de tamices, sin quitarlos de encima. Variación del recorrido interior por simple cambio de tapones. Estratificación perfecta del producto a cernir. Optima capacidad por unidad de superficie de cernido. Desentrampe de los tamices, seguro y eficiente. Armazón de acero y aluminio, de alta resistencia. Movimiento libre oscilante, de circulo perfecto. Suspensión mediante cables de acero. Máximo grado de sanidad y facilidad de limpieza.
La construcción del armazón es de acero especial muy robusta, con puertas y divisiones de aluminio, evitando peso inútil. El mando es libre oscilante auto equilibrado, desarrollando un circulo perfecto. Los rodamientos de rodillos extradimensionados, y el dispositivo compensador de variaciones verticales, completan la seguridad y buen funcionamiento del sistema. La suspensión mediante cables de acero ha sido probada y acreditada durante más de 20 años.
Tipo trigo Ton/hr (m) (m)
Capacidad de Largo Ancho
MS-618 5-1 O 4.18 1.32
ENVASADORA DE COSTALES.
J Construcción totalmente metálica. J Ensaca el producto con peso aproximado. J Embrague y desembrague mediante moto reductor de freno magnético. J Manipulación sencilla y rápida.
La envasadora de costales modelo BEM, es una máquina muy práctica para el envasado en costales de muy diversos productos, lo mismo si se trata de harina o productos parecidos. La maquina se instala debajo del depósito tolva que contiene el producto a envasar; este pasa a la tolva de la máquina propiamente dicha, la cual conduce al cuerpo de envase, que consiste en un sistema de alabes con eje vertical acoplado al moto reductor de freno magnético que lo impulsa. El costal se introduce en el tubo de envase y queda sobre la plataforma móvil, la cual está sostenida por un sistema de cadena con contrapeso de pesas cambiables, según sea la compresión que se le desee dar a los costales. A medida que el producto pasa al
49
Luborutorio de Procesos v Diseño I. I1 v III
costal impulsado por lo alabes, la plataforma con el costal va bajando hasta que queda lleno con el peso deseado. El peso es aproximado, pero puede dejarse algo sobrado o escaso y se afina en una báscula adyacente. El embrague se efectúa con el pie, que arranca el moto reductor, y el desembrague es accionado por un interruptor activado por una leva regulable. La envasadora es de construcción totalmente metálica, muy resistente, y sistema embrague y desembrague por moto reductor de freno magnético, evita los engranes y otros mecanismos y de excelente presentación.
Tipo
44 3.0 1.40 BEM
Capacidad de Altura Ancho ( m ) cosfaledhr (m)
ASPIRADORES CENTRíFUGOS MODELO WAM
Son especialmente diseñados para trabajar a medía presión, empleándose principalmente para la aspiración de polvo y en ocasiones como ventiladores para la impulsión de aire, por lo que tienen múltiples aplicaciones en la industria en general. El rotor en forma de turbina proporciona aireación continua, por el especial diseño de los alabes que producen la corriente de aire sin intermitencias, lo cual en suma importancia en toda clase de aplicaciones. La salida de aire del aspirador puede inclinarse orientándose a cada 30" grados para lo cual basta con aflojar los tornillos que sujetan la voluta o caja de rodete y fijarla en la orientación deseada. Este diseño facilita la instalación de la tubería, evitando curvas innecesarias. El modelo WAM está diseñado para motor acoplado dispuesto de base tensora manejada exteriormente. La construcción robusta de acero de rodamientos a bolas y el hecho de que el rotor es balanceado dinámicamente, aseguran un perfecto funcionamiento sin vibraciones.
Tipo Flujo Largo Ancho (m) volum6frico de ( m )
aire m3/min. WAM-428 60-90 1.52 1 .o0
LIMPIADORA DE COSTALES
J
J
J J J
Limpia los costales mediante fuerte aspiración que succiona y separa el producto adherido. Tiene cámara de decantación que recupera el producto succionado, el que es automáticamente ensacado. Dispositivo de desentrampe automático de las mangas filtradoras. Diseño transportable sobre ruedas y construcción totalmente de acero. Alto rendimiento y rápida amortización.
50
Laborutorio de Procesos y Diseño I, IIy III
La limpiadora de costales es la máquina ideal para la limpieza de costales y para la recuperación del producto adherido a los mismos. Se emplea para cualquier tipo de costales como algodón, henequén o yute y para cualesquiera productos que hayan contenido. La limpieza la verifica un moto aspirador que succiona fuertemente el costal previamente colocado debajo de la boca aspirante, puesto en acción oprimiendo el pedal con el pie. El aire es filtrado con mangas de tejido apropiado y separado del producto transportado, en la cámara de decantación, siendo dicho producto automáticamente ensacado. Las mangas filtradoras son auto-limpiadas. El práctico diseño y alto rendimiento de la limpiadora, junto con su construcción y buen acabado, hacen de ella una máquina excelente, cuya inversión se recupera rápidamente por el producto beneficiado.
Tipo Largo 1 Costales /hora 1 Ancho ( m ) ( m )
ANC 500-700 1.80 1 .o
SILOS. l2
J El silo la construcción es de lámina de acero, laminada en frío, soldada
J Atornillado tropicalizado, previene la contaminación del producto, es eléctricamente.
especial para granos alimenticios, de forma cilíndrica.
Tipo Capacidad de Altura Didmetro ( m2) trigo Ton. ( m )
Atornillado 750 15 9
SISTEMA NEUMÁTICO.
Flujo alimentado = 1.324 kgls trigo semilimpio.
DIMENSIONES DEL LECHO FLUlDlZADO
D = 0.8m. L= 4.4m. Ast = O. 502 m*. velsup = I .5m/s Qg (flujo gas) = 45.32 m3/min = 1597ft3/min.
CRIBADO (LIMPIEZA).
D,= 0.42 cm. fcflbado=l5 min. Flujo alim.=83 kg/min trigo sucio. Lp=0.67 cm. Ap=0.3 cm.
51
Laboratorio de Procesos y Diseño I , IIy 111
APENDICE F
CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS.
DIMENSIONES DEL ClCLdN PARA EL PROCESO
Hc = Dc/2 Hc=0.25 m. Bc=Dc/4 Bc = 0.125 m. De=Dc/2 De = 0.125 m. Lc=2Dc LC = 1 m. Sc=Dc/8 Sc=O.O63m. Zc = 2Dc Zc = 1 m. Jc = Dd4 Jc = 0.125 m. (Puede ser arbitrario)
= 0.755 m3/seg. = 45.3m3/min. = 1597ft3/min. (Capacidad del ventilador para sistema separador)
CAIDA DE PRESION PARA EL SISTEMA NEUMATICO (COLECTOR DE FINOS).
APTOTAL = Caída de presión del ventilador = 228015.454 Pa.=228 Kpa.=(2,25atm.)
DIMENSIONES DEL SECADOR (LECHO FLUIDIZADO).
Diámetro = 1.5 m. L = 2.3 m. Ast = 1.77 m*. Vel,,, = 0.845 m/s. Qg = Vel,,,*Ast = 1.81 m3/s. = 108.7 m3/min = (3831 ft3/min.) Capacidad Del ventilador para el lecho fluidizado.
CALCULO DE LA CAIDA DE PRESldN AP PARA EL LECHO FLUIDIZADO.
APTOTAL = Caída de presión del ventilador = 216823.31 Pa = 216.8KPa=( 2.14atm)
Velocidad mínima de fluidización = 1.5 m/s.
52
Laboratorio de Procesos v Diseño I. I1 v III
SISTEMA SEPARADOR.
P e = 81 7 kg/m3 Q, = flujo másico = 79.82 Kg/min.= 1.33 kg/s O= tiempo de residencia = 15 (min.) = 900 S M= masa = O*Qs= I 1 97 Kg. V= Volumen = M/p,. = 1.46 m3
Diámetro = O. 8 m. Longitud = 4.4 m.
LECHO FLUIDIZADO.
La construcción es de acrilico, y sus dimensiones son las siguientes:
Qs = flujo másico = 79.82 Kg/min. = 1.33 kg/s O= tiempo de residencia = 30 (min.) = 900 s. M= masa= O*Qs= 2244.6 Kg. V= Volumen= Mlpemp. = 2.75 m3
P e = 81 7 kg/m3
Diámetro = 1.5 m. Longitud = 2.3 m.
DIMENSION DE ALBERCA PARA HUMlDlFlCAClON (tiempo de residencia 5 min. a 45 "C)
Qs= flujo másico = 1.24 Kg/s. Longitud = 4.6 m Altura = 0.5 m Ancho = l m Vel. = 0.0153 m/s. Ast = 0.5 m2 V= Volumen= M/pemp. = 0.46 m3
CAMARA DE REPOSO.
(1 5 min eliminación de agua: 16% humedad). Qs= flujo másico = 1.24 Kg/s. Longitud = 11.5 m Altura = 0.6 m Ancho = I m Vel = 0.0128 m/s. Ast = 0.6 m* V= Volumen= M/p,.= 0.46 m3
53
Laboratorio de Procesos y Diseño Z, IZ y 111
BALANCE DE MATERIA PARA SISTEMA NEUMATICO (LECHO FLUIDIZADO).
Por lo tanto el flujo másico a la entrada del sistema neumático (lecho fluidizado acoplado con recolector de ciclón) es:
Se realiza el cálculo para encontrar la cantidad de flujo másico para dimensionar el equipo.
De las pruebas de laboratorio se encontró el tiempo de residencia ( T = 900 s.), considerando que las pruebas de laboratorio, son escalables a una planta real.
Cálculo del volumen del lecho fluidizado.
La densidad empacada de pruebas de laboratorio es: 817 kg/m3.
&mp = M N despejando V tenemos: V = M16,mp. = 1 197.3 kg/817 kg/m3 = 1.46 m3
n 4
v = (-D2L)
n 4
1.46 = -D2L
4(1.46) L=- m2
SISTEMA NEUMÁ TICO.
Flujo alim.= 1.324 kg/s trigo semilimpio.
LECHO FLUIDIZADO
D = 0.8m. L= 4.4m. Ast = 0.502 m2. vel,,, = 1.5mls Qg (flujo gas) = 45.32 m3/min.=1597ft3/min
54
Laboratorio de Procesos y Diseño I, 11 y III
TAMAflO DE MALLA (CRIBADO)
Dp= 0.42 cm. fcribado= 1 5 mi n . Flujo alim.=83 kg/min trigo sucio. L,=0.67 cm. Ap =0.3 cm.
DISEÑO DEL SEPARADOR DE CICLON (COLECTOR DE FINOS).
zc
f LC
t SALIDA DE
FINOS
Hc = Dc/2 Hc=0.25m. Bc= Dc/4 Bc=O.I25m. De = Dc/2 De = 0.125m. LC = 2Dc LC = 1 m. Sc= Dc/8 Sc=0.063m. Zc = 2Dc Zc = I m. Jc = Dc/4 Jc = 0.125m. (Puede ser arbitrario)
sistema separador) = 0.755 m3/seg. = 45.3m3/min. = 1597ft3/min. (Capacidad del ventilador para
55
Laborutorio de Procesos y Diseño I, I/ y III -
CAIDA DE PRESION
Cálculo para P/AP para el sistema neumático.
II'".
P=l atm.
1' Y t
L I P L = u, - P, = L(l-&)(P, - & ) - I S I ,T
Donde:
AP = Caída de presión del lecho. L = Longitud del lecho. E = Espacios huecos. ps = Densidad del grano. pg = Densidad del gas. (1.29 kg/m3) pe = Densidad empacada. (820 kg/m3) P a = Densidad aparente = (1 340 kg/m3)
P5
P4
P3
P2
P1 I
56
Laborutorio de Procesos y Diseño I, 11 y 111
Donde
Donde:
4-6 =2.9(1-0.39)(1340--1.29~)(9.81-) xi: Kg N m3 m- Kg
ApI. = 23208.144 Pa (N/m2).
P4-P3= MIA = 23208.144 Pa (N/m2).
Patm=l atm. = 1.01325 x I O 5 Pa.
APTOTAL = Caída de presión del ventilador = 228075.454 Pa.=228 Kpa.=(2.25 atm)
57
Luborutorio de Procesos v Diseño I. II v 111
DIMENSION DEL SECADOR (LECHO FLUIDIZADO).
Diámetro = 1.5 m. L = 2.3 m. kt = I .77 m2. Vel,,, = 0.845 m/s. Qg = Velsup*Ast= 1.81 m3/s. = 108.7 m3/min. = (3831 ft3/min.) (Capacidad del ventilador para el lecho fluidizado)
CALCULO DE AP PARA EL LECHO FLUIDIZADO
LECHO FLUlDlZAW
1 /' - 1/' '820 .'I340 = 0.39
1 I' .'820
E =
Ahora bien de la ecuación (F?)
ML =1.5(1-0.39)(1340 --,-1.29~)(9.81-) Kg Kg N m m- Kg
ML = 1206 Pa E (N/,,)
58
Laborutorio de Procesos y Diseño I, II y IZI
Donde:
PI= 1 atm. = 1.01325 x I O 5 Pa.
P4-P3= APL=12016 Pa. Patm. =latm.= 1.01325 x I O 5 Pa.
APTOTAL= Caída de presión del ventilador = 216823.31 Pa = 216.8KPa=(2.14 atm )
lQG = 1 .8 lmY‘ s I
VELOCIDAD MINIMA DE FLUlDlZAC16N
En el lecho fluidizado se requiere de una velocidad mínima de fluidización, U&, la cual deberá determinarse experimentalmente. Se determina utilizando la velocidad superficial del aire con la caída de presión que sufre este al atravesar el lecho.
Determinación de la Umf (velocidad mínima de fluidización):
J Se hace pasar aire por el depósito del lecho variando la cantidad de flujo, recordando que:
U = Velocidad. A = Área de la sección transversal. Q = Flujo volumétrico.
J Se toman lecturas de la caída de presión entre el distribuidor y la salida del aire del depósito, con ayuda de un manómetro en “U” lleno de agua.
J Se grafican en escala logarítmica estos datos, se ubica la zona donde varía la pendiente de la curva, ayudado de la observación visual del fenómeno, que deberá coincidir con el punto en que los valores converjan aún suspendidos por la corriente de aire.
J Para determinar la caída de presión en el lecho, primero se obtiene la caída de presión del aire a través del plato distribuidor, con el equipo vacío, y se aplica la siguiente ecuación para calcular el APL,
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Luboraforio de Procesos y Diseño I, II y I11
AP=Md+/\p, Donde:
AP = Caída de presión total. APd = Caída de presión en la distribución. APL = Caída de presión en el lecho.
Este experimento se lleva a cabo en un equipo de acrílico, equipado con manómetro en "U" que proporciona la caída de presión total en el sistema. La carga de trigo siempre fue de 500 grs.
Velocidad mínima de fluidización (muestra 500 g)
Gráfica F l . Velocidad mínima de fluidización para el lecho fluidizado.
En la gráfica F1 se puede leer logU = 2.4, por lo tanto U = 251 ft3/min. = 0.1 18 m3/s, o dividiendo por el Área de la sec. Transversal tenemos:
Velocidad mínima de fluidización = 1.5 m/s.
60
Lubomtorio de Procesos y Diseño I, 11 y I l l
SISTEMA SEPARADOR.
P e = 81 7 kg/m3 Qs= flujo másico = 79.82 Kg/min. = 1.33 kg/s O= tiempo de residencia = 15 (min.) = 900 S M= masa= O*Qs= 1197 Kg. V= Volumen= M/p,. = 1.46 m3
Le = L+Lf+Leq= L( 1 +. 15+.35)
0.7 5.45 4.36 2.90 0.8 8.13 5.69 3.79
' 0,9 2,79 2,79 1,86 1 3,83 3,44 2,30
/Ill /1,54 12,30 12,101
Lecho fluidizado.
P e = 817 kg/m3 Qs= flujo másico = 79.82 Kg/min. = 1.33 kg/s O= tiempo de residencia = 30 (min.) = 900 s. M= masa= O*Qs= 2244.6 Kg. V= Volumen= M/pe,p. = 2.75 m3
1,7 o, 90 1,62 1,08 1,8 1 ,O7 1,82 1,21
61
Laboratorio de Procesos v Diseño I. 11 v 111
ALBERCA DE HUMlDlFlCACldN (reposo 5 min. a 45 "C)
Qs= flujo másico = 1.24 Kg/s. Longitud = 4.6 m Altura = 0.5 m Ancho = 1 m Vel = 0.0153 m/s. Ast = 0.5 m2 O. 5m V= Volumen= M/pemp. = 0.46 m3 Im
I I
4.6m
CAMARA DE REPOSO (reposo 15 min, eliminación exceso de agua 16% H)
Qs= flujo másico = 1.24 Kg/s. Longitud = 11.5 m Altura = 0.6 m Ancho = 1 m Vel = 0.0128 m/s. Ast = 0.6 m2 T "0 V= Volumen= M/pe. = 0.46 m3 0.6m ............................................................................................
.... .... ....
I 1 1.5m
62
Laboratorio de Procesos v Diseño I. II v III
APÉNDICE G.
CONSUMO DE AGUA POTABLE Y ENERGIA.
Tarifa del año 2000 de agua potable usuario industrial.
CONSUMO EN m3 TARIFA
0.0 20 10.1 10
20.1 60 30.1 30
60.1 120 90.1 90
120.1 420 240.1 240
420.1 960 660.1 660
I Cuota
límite inferior. ($) 55.58 0.00
- 960.1
Tabla GI . Ley Federal de derechos de Agua En adelante 1500.1
1500
11.10
23.25 11242.47 20.65 6286.67 18.17 301 5.90 15.69 11 32.77 13.22 736.43 10.74 114.39 8.26 166.68 0.00 166.68 0.00
18216.04 26.71 32277.37 26.04
Cuotas (pesos/m3) -
Zona de disponibilidad Consumo doméstico Usos industriales 1
0.00067 .67 9 o. O0090 .90 8 0.00256 2.53 7 0.00336 3.36 6 0.00372 3.72 5 0.00472 4.72 4 0.00573 5.73 3 0.00687 6.87 2 0.00859 8.59
Tabla. G2. Ley Federal de derechos de Agua. (pesos/m’)
63
Laboratorio de Procesos v Diseño I. II v 111 ~~ ~~~
Precios promedios de la Energía Eléctrica (centavos/Kwh).
Sector
29.38 22.39 15.39 Industrial 37.52 31.93 25.23 Domestico 1997 1996 1995
Tabla G3. FUENTE: C. F. E.
Equipo 300 Molinos Simplex ( 6 bancos)
$/aiio $/mes Kw. HP
4548.77 379.054 1.49 2 Clasificador de granos ( Cribador) 109190 9097.3 35.8 48 Cernidor
682315.5 56858.13 223.71
Humectadora 15 11 . I 8 2841.5 34099
Pulidora de granos 17057.74 1421.45 7.5 1 5.5927 Envasadora de costales 22743.85 1895.27 10 1 7.457
t I
Tabla G4. Consumo de energía por equipos.
Servicios Mensual ( Nombre Consumo Anual ( m3/ai)o) $ Mes
m3/mes) Agua Industrial
89171 .O8 Electricidad 34.4 60,000 5,000 domestico
consumo Agua
7,220 15,120 1,270
I
I Tabla G5. Consumo total de agua y energía.
96,425
$Anual
I I 86,640
64
Luboratorio de Procesos y Diseño I, II y 111
APÉNDICE H
ORGANIGRAMA DE LA PLANTA
HARINERA MIGAHA
Asamblea de Accionistas
-1 Consejo de
administración Director General
I
Gerente General
I I
I PRODUCCION VENTAS Y
COMPRAS
r- CONTRALORIA
1 PRESUPUESTOS i ALMACEN 1
I CONTROL Y
CALIDAD
65
Laboratorio de Procesos y Diseño I, /I y III
APÉNDICE I
ALTERNATIVAS DE ALMACENAMIENTO.
LA TOLVA CON FONDO Y CAJA DE AERACIóN
SCAFCO utiliza tanques de acero galvanizado rígidos y perforados para la aeración en las cajas de fondo del depósito de la alimentación. Los ventiladores se montan debajo del depósito, dirigen el aire en los conductos interiores y a través de la masa de granos.
TNUMAS PERFORADAS ENEL SUELO PARA SECADO DE GRANO, RÁPIDO MONTAJE Y LIMPIEZA FÁCIL.
Las tarimas perforadas en el fondo aseguran una rápida estructura de montaje, secado uniforme y fácil limpieza del grano. Con tarimas enclavadas con 14% de perforación y una ligera corona de refuerzo. Las tarimas están soportadas por patas de alta resistencia. El diseño de piso presenta una herramienta completa para una segura y rápida instalación.
66
Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y 111
*El rendimiento del ventilador es estimado. Sobre la distribuci6n del aire, esta basado sobre pruebas de las propelas (paletas) de acuerdo con las normas de la AMCA
. . . .
Tabla I?. Rendjhyento para ventiladores ~. ~~ -.
67
Laboratorio de Procesos y Diseño I, l I y 111
ANEXO.
MATERIAL Y EQUIPO:
Probeta 200 ml Probeta de 500 ml Bureta 25 ml Soporte universal Balanza granataria. Termobalanza. Báscula digital. Piceta. Termómetro. Vernier. Flexómetro. Cronómetro Vasos de precipitados. Estufa. Recipiente hermético. Lecho fuidizado horizontal Lecho fluidizado vertical. Bomba de aspersión. Ciclón. Tamices Clasificador de sólidos horizontal. Molino de cuchillas rotatorias.
68