hornos de secado batch por bandejas 2013-2
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Simulacin y Control de Procesos PI-4262013-II
HORNOS DE SECADO BATCH POR BANDEJAS
(OBTENCION DE PECTINAS A PARTIR DE CASCARA DE MARACUY)
1.-INTRODUCCION:
Existen varios tipos de operaciones de secado, que se diferencian entre s por !a"etodo!o#a se#uida en e! procedi"iento de secado$ puede ser por e!i"inaci%n dea#ua de una so!uci%n "ediante e! proceso de e&u!!ici%n en ausencia de aire$ta"&i'n puede ser por e!i"inaci%n de a#ua "ediante adsorci%n de un s%!ido, ( porreducci%n de! contenido de !quido en un s%!ido, )asta un va!or deter"inado"ediante evaporaci%n en presencia de un #as.
*os s%!idos que se secan pueden tener for"as diferentes -esca"as, #r+nu!os,crista!es, po!vo, ta&!as o !+"inas continuas- ( poseer propiedades "u( diferentes.
E! producto que se seca puede soportar te"peraturas e!evadas o &ien requiere untrata"iento suave a te"peraturas &aas o "oderadas. Esto da !u#ar a que en e!"ercado exista un #ran n"ero de tipos de secadores co"ercia!es. *asdiferencias residen funda"enta!"ente en !a for"a en que se "ueven !os s%!idos atrav's de !a ona de secado ( en !a for"a en !a que se trans"ite ca!or a! productoa secar.
/.-DE0INICIONE
Secadores: *as operaciones de secado pueden c!asificarse a"p!ia"ente se#nque sean por !otes o continas. Estos t'r"inos pueden ap!icarse especfica"entedesde e! punto de vista de !a sustancia que est+ secando.
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E! equipo de secado, puede ser tan senci!!o co"o un sop!ador con una resistenciaadaptada, o tan co"p!eo co"o un secador rotatorio.
Secador de bandea
Consiste en un #a&inete, de ta"a2o suficiente"ente #rande para a!oar !os"ateria!es a secar, en e! cua! se )ace correr suficiente cantidad de aire ca!iente (seco. En #enera!, e! aire es ca!entado por vapor, pero no saturado, de "odo que
pueda arrastrar suficiente a#ua para un secado eficiente.
Es necesario )acer notar una situaci%n interesante de opti"iaci%n de secadores.En este caso, cuando se ca!ienta e! aire con vapor, de&e to"arse en cuenta variosaspectos, si nos situa"os en !a carta psico"'trica, e! aire a uti!iar, de&e poseeruna te"peratura de &u!&o )"edo a!ta, una enta!pa a!ta, pero una )u"edadre!ativa &aa. 3uesto, que !a operaci%n de secado, co"o cua!quier operaci%n detransferencia, depende de! tie"po de contacto interfacia! e! +rea de contacto
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interfacia! e! #radiente de te"peratura ( de )u"edad ( !a resistencia. En #enera!,en este tipo de secadores, !as varia&!es que pueden fiarse o variarse son !os#radientes, )e a!! !a i"portancia que e! aire no entre fro ni )"edo, puesto queesto "ini"ia e! #radiente ( e!i"ina !a eficiencia de! secador.Est+ for"ado por una c+"ara "et+!ica rectan#u!ar que contiene unos soportes
"%vi!es so&re !os que se apo(an !os &astidores. Cada &astidor !!eva un cierton"ero de &andeas poco profundas, "ontadas unas so&re otras con unaseparaci%n conveniente que se car#an con e! "ateria! a secar.
e )ace circu!ar aire ca!iente entre !as &andeas por "edio de! venti!ador acop!adoa! "otor )aci'ndo!e pasar previa"ente por e! ca!entador constituido por un )a detu&os por cu(o interior circu!a nor"a!"ente vapor de a#ua. *os ta&iquesdistri&u(en unifor"e"ente e! aire so&re !as pi!as de &andeas.
3or "edio de! conducto de sa!ida se evacua continua"ente aire )"edo ( atrav's de !a a&ertura de entrada penetra aire fresco. 4! fina! de! cic!o de secado,nor"a!"ente !ar#o, se saca !a c+"ara a! conunto de !os &astidores para procedera !a descar#a de! producto seco ( a una nueva car#a.
Cuando !as caractersticas de! "ateria! ( su "aneo !o per"iten, se uti!ian&andeas perforadas en !as que e! aire circu!a a trav's de !a capa de s%!idos, con!o que se consi#ue au"entar !a superficie de! so!ido expuesta a !a acci%n de! aire (dis"inu(endo consi#uiente"ente !a duraci%n de! cic!o de secado.
Secadores de !orno o es"#$a
Es e! "+s si"p!e ( consta de un peque2o recinto en for"a para!e!eppeda de dospisos. E! aire de secado se ca!ienta en un que"ador de! piso inferior ( atraviesapor convecci%n natura! o forada e! se#undo piso perforado en e! que se asienta e!!ec)o de! producto a secar.5o( da se uti!iaci%n en !a industria de a!i"entos es "u( reducida, uti!i+ndosepara e! secado de "anana, !pu!os ( forraes verdes.
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!ornos de des!%dra"ado
Equipo construido para e!i"inar !a )u"edad de !os a!i"entos. E! producto ades)idratar se dispone "anua!"ente so&re &andeas "et+!icas de escasa
profundidad cu(o fondo se encuentra perforado. Estas &andeas son introducidassecuencia!"ente dentro de un cuerpo rectan#u!ar de c)apa confor"ada donde,"ediante !a circu!aci%n de aire ca!iente forado, se produce !a evaporaci%n de!a#ua contenida en e! interior de! producto.
&' PANTEAMIENTO DE PROBEMA Y OBJETI*OS
Entre !as t'cnicas que se ap!ican para conservar !os #ranos, !a operaci%nde secado es con "uc)o !a "+s i"portante ( !a "+s costosa, de&ido a !os
#randes vo!"enes de producto que nor"a!"ente se "anean. 4n cuandoen 6'xico, e! secado a! so! si#ue siendo una t'cnica de "uc)o uso, !area!idad es que por !as inc!e"encias de! tie"po, presencia de roedores,desec)os de todo tipo, etc., su eficiencia es "u( !i"itada.
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+'IDENTI,ICACION DE AS *ARIABES DE PROCESO
En !a 0i#ura 7.1, se presentan esque"+tica"ente !as varia&!es de! proceso. eo&serva que es un siste"a "u!tivaria&!e con tres entradas de !as cua!es dos sonvaria&!es "anipu!a&!es ( una es varia&!e de car#a o de pertur&aci%n potencia! (
tres varia&!es contro!a&!es co"o sa!ida. as -ar%ab.es /an%0#.ab.es son .a"e/0era"#ra 1 $.#o de a%re a .a en"rada 1 .a -ar%ab.e de 0er"#rbac%2n0o"enc%a. es"3 con$or/ada 0or .a !#/edad de. a%re a .a en"rada 1 .as-ar%ab.es con"ro.ab.es es"3n %n"e4radas 0or .a "e/0era"#ra 1 .a !#/edad0ro/ed%o en .os s2.%dos 1 .a !#/edad de. a%re a .a sa.%da' *a )u"edad de! airea !a entrada se considera constante aunque "uc)as veces puede co"portarseco"o una funci%n osci!atoria con #radientes a!tos de )u"edad por !o que senecesitara un esque"a de contro! servo-re#u!ador.
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5' HORNO DE SECADO BACHT ADAPTADO A UN PROCESO
5'6' CARACTERISTICAS DE PROCESO:
Ma"er%a 0r%/a:Cascara de "aracu(+
7nea de ser-%c%o:4#ua, e!ectricidad ( aire Reac"%-os: 4cido ctrico con )exa"etafosfato de sodio, a!co)o!
de 89 ;*
E8#%0os #sados:
T44DO EN E* 3ROCEO
Un%dades 0rod#c"%-as: ona de !avado, ona de picado, +rea de cocci%n,+rea de "ec!ado, ona de fi!traci%n ( centrifu#ado, +rea de secado, onade "o!ienda ( envase.
5'9' PROCESO:
- *a "ateria pri"a ser+ reci&ida en sacos de /?@#, !a cua! ser+ pesada (!!evada a !a cinta de se!ecci%n, donde se e!i"inara !a cascara no apta parae! proceso. 3osterior"ente, se rea!ia e! !avado de !a cascara.
- Aa !avada, ser+ diri#ida a una picadora de a!i"entos. *a cascara picadaser+ diri#ida a !a "+quina de cocci%n continua$ e! a#ua uti!iada ser+ cuatro
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veces e! peso de !a "ateria pri"a, a 9?- 9BC, durante B a 1?"inutos.
- Aa teniendo !a cascara tratada, esta ser+ tras!adada con !a a(uda de une!evador aun tanque, en e! cua! se a2adir+ a#ua a una re!aci%n 1: cascara: a#ua$ !a "ec!a de&er+ a!canar una te"peratura de B?C$ !a
so!uci%n adicionada de&e tener una concentraci%n ?.??7B6 de acido ctrico( con /,BF de )exa"etafosfato de sodio.
- e "antendr+ por 1? "in, con constante a#itaci%n. *ue#o, !a "ec!a se)ar+ pasar por un fi!tro "ono p!aca, con !a intenci%n de evitar e! paso de !acascara. E! !quido fi!trado ser+ &o"&eado a !a centrifu#adora ???rp".
- a!iendo de !a centrifu#adora, ser+ enfriado a 7C.3osterior"ente, se&o"&eara a un tanque para poder rea!iar !a precipitaci%n. e precipitara !aso!uci%n fra con a!co)o! a 89;* a una re!aci%n 1G?.89 de vo!u"en$ estaprecipitaci%n tendr+ una duraci%n de una )ora.
- Una ve que )a(a pasado e! tie"po de precipitaci%n, !a pectina ser+&o"&eada a un fi!tro prensa. Una ve fi!trada !a pectina, se podr+ recuperar!a de !as p!acas de! fi!tro ( ser+n co!ocadas en &andeas para ser secada a7BC por 1/ )oras o )asta que e! peso sea constante.
- *a pectina seca ser+ re"ovida de !as &andeas ( "o!ida. *a pectina "o!idade&er+ ser envasada in"ediata"ente de "anera )er"'tica
T4
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0I;UR4 N 1: DI4;R464 DE* 3ROCEO
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' DESCRIBIR OS OBJETI*OS DE CONTRO PARA A TAREA'DESCRIBIR: CONTRO DE HUMEDAD Y TEMPERATURA DE AIRE DESECADO'
0I;UR4 N /: DI4;R464 DE* EC4DOR DE
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;' DESCRIBIR AS *ARIABES DE PROCESO
;'6 *ARIABES DE PROCESO
5u"edad de! producto.
Te"peratura de! aire en !a entrada.
5u"edad de! aire a !a entrada
Te"peratura de! aire en !a sa!ida
5u"edad de! aire en !a sa!ida
Ca!or su"inistrado a !a corriente de aire "ediante resistencia
0!uo de entrada de aire
INSTRUMENTOS USADOS PARA SU MEDICI
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tene"os un detector de )u"edad.E! sensor de )u"edad capacitivo, cuenta con un condensador, unconvertidor de frecuencia C6O ( una EE3RO6 uti!iada para "antener!os factores de ca!i&raci%n.De&ido a !as caractersticas de! condensador e! siste"a responde a !os
ca"&ios de )u"edad con #ran rapide.
0I;UR4 N 7
- Ane/2/e"ro (sensor de $.#o de a%re)
E! ane/2/e"ro de ro"ac%2nest+ dotado de )'!ices unidas a un ee centra!cu(o #iro, proporciona! a !a ve!ocidad de! viento, es re#istradoconveniente"ente$ en !os ane"%"etros "a#n'ticos, dic)o #iro activa undi"inuto #enerador e!'ctrico que faci!ita una "edida precisa.
0I;UR4 N B
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- Ter/os"a"oE! ter"ostato es un interruptor de ener#a e!'ctrica de cua!quier aparatoe!'ctrico$ constituido por dos e!e"entos !on#itudina!es de distinto "eta!pe#ados, de "anera que a! ca!entarse se di!atan de acuerdo a su
coeficiente de cada "eta!, por !o que se f!exionar+ )acia un !adoprocediendo a a&rir e! circuito e!'ctrico cortando !a ener#a. 4! enfriarsereto"a su for"a ori#ina! cerrando e! circuito o "eor dic)o per"itiendo e!f!uo de !a corriente e!'ctrica.
0I;UR4 N 9
;'9' *ARIABES CONTROADAS
5u"edad de! aire a !a entrada
Te"peratura de! aire a !a entrada de !a ona de secado Men si
;'&' *ARIABES MANIPUADAS
Ca!or su"inistrado a !a corriente de aire "ediante resistencia.
0!uo de entrada de! aire
;'+' PARMETROS DE PROCESO
- Te"peratura de! aire a !a entrada ( sa!ida- 5u"edad de! aire a !a entrada ( sa!ida- 0!uo de aire
;'5 *AORES USUAES DE AS PRINCIPAES *ARIABES DE PROCESO
- Te"peratura de entrada de !a pectina )"eda 7-1? C
- Te"peratura de secado en !a c+"ara : 7BC
- Te"peratura de aire seco a !a entrada: B?C
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- Te"peratura de aire )"edo a !a sa!ida: /1 C
- Tie"po de secado en !as &andeas: 1/ )oras
- Tipo de ca!enta"iento: Convecci%n forada
- Te"peratura de operaci%n: Te"peratura de a"&iente
- 3resi%n de operaci%n: 1 at"
=' A>OS DE CONTRO
- 0ara e. con"ro. de "e/0era"#ra de. a%re de secado (,EEDBAC?)
0I;UR4 N J: ITE64 DE CONTRO* CERR4DO 34R4 *4TE63ER4TUR4 DE* 4IRE DE 4*ID4
- 0ara e. con"ro. de !#/edad (,EEDBAC?)
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@' DIARAMA DE INSTRUMENTACI
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C#n$%#& ' $*%a$+%a (T,)
'
1
'
1 2
1 1
2 2
' '
1
.
.
.
:
*( 1)
( 1)
( . )
:
* * * *
Cp Capacidad calorifica del aire
Cp Capacidad calorifica de la pectina
Cp Capacidad calorifica del agua
BALANCE DE MASA
m m m m
m q Ym P X
m P X
m AY
Est Estacionario
BALANCE DE ENERGA
m Cp ! q Cp !
=
=
=
+ +
= +
= +
=
+
'
'
' 2
1 1 1 1
' ' '
1 2 2 2 1 2 2 1 2
' ' ' '2 1 2 2 1
' 2
1 1 1 1 1
' ' '
1 2 1 2
* * * *
( * * * * * * ) ( )
( * * * * ) *
( * * ) * * * * *
( * * * ) * ( )
Cp ! m Cp ! i R
dm Cp ! q Cp ! m Cp ! A" Cp! A" Y Cp !
dt
M Cp ! M Cp ! A" Cp! A" Y Cp ! donde M M Y
m Cp q Cp ! Cp ! m Cp ! i R
m Cp q Cp PCp m Cp ! A"
+ + +
+ + = +
+ = + =
+ + + +
+ + + = ' 2( * )
d!Cp Cp Y
dt+
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[ ]
[ ]
' ' '
1 0 1 2 1 2
'
2
' ' '
2 1 2 1 1 0
02 1
1
:
( * * ) * 2 * ( * * * ) *
( )( * ) * *
* * * * *( * ) * * * 2 *
2 ** * *
*
S S S
S
S S S
SS S
Aplicando la transformada
m Cp q Cp ! R m Cp q Cp PCp m Cp !
A" Cp Cp Y s !
! m Cp q Cp PCp m Cp A" Cp Cp Y s ! m Cp q Cp R
R! m Cp q Cp !
m Cp
+ + + + +
= +
+ + + + + = + +
= + ++
[ ]
' ' '
1 2 1
01
1
2 '
' '1 2 1 ' '
1 2 1
1*
* * * * *( * ) *
2 ** * *
* *
*( * ) *( * * * ) 1* * *
SS
S
q Cp m Cp q Cp PCp m Cp A" Cp Cp Y s
Rm Cp q Cp !
m Cp q Cp!
A" Cp Cp Y sm Cp q Cp PCp m Cp m Cp q Cp PCp m Cp
+ + + + +
+ + + =
++ + + + + + +
$I()% $* '#&+,*S
F+n-in ' T%an/0%n-ia1
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II. DISE2AR UN CONTROLADOR PID POR EL METODO DE"IEGLER3NICHOLS! FINALMENTE A4USTAR EL 5- PARAOBTENER UN MARGEN DE GANANCIA IGUAL A 6.CONSIDERAR QUE EL MEDIDOR 3 TRANSMISOR TIENETIEMPO MUERTO DE , SEGUNDO Y LA VALVULA ESLINEAL CON RETRASO DE ,%. ORDEN Y CONSTANTEDE TIEMPO IGUAL A 6 SEGUNDOS.
An&i/i/ Dini-#1
1 2
2
1 1
2 2
' '
:
20% 1%
0.001 0.009
500.001574
12
7.62* 0.00456 *1.15 0.03995
* ( 1) 0.001888
* ( 1) 0.001589
* 0.0003595
0.00003995
Para los calculos "emos tenido en consideracion
X X
Y Y
#g #gP
"r s
#gq
s
#gm P X
s
#gm P X
s
#gm q Y
s
#g
m
= =
= =
= =
= =
= + =
= + =
= =
=
s
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0
1
0
10 0 0
'
'
2 ** * * ( )
* *
1 (0 5)(1 * ) 0.00015625
* 32000
2 * 2(5 )(3 ) 0.7476* *
0.0003995 * 4180 0.03995 *1000
*( * )
*
SS C R P
C C D R R
S
RG G G G
m Cp q Cp
A AG # s G #
s ctas ctas
R A A#g $ #g $ $m Cp q Cp
s #g C s #g C s C
A" Cp Cp Y#te
m Cp
=+
= + + = = =
= =+ +
+=
- - - - - - -
'
1 2 1
'
' '
1 2 1
0.0003995* 0.8 0.03995*1
* * 0.0003595 *4.18 0.03995 0.001574 *0.8 0.0003995 *4.
0.8487
* ( * ) 12.5*0.15*1.15*(1 4.18*0.009)
* * * 0.0003595* 4.18 0.03995 0.001%
q Cp PCp m Cp
#te
A" Cp Cp Y
m Cp q Cp PCp m Cp
+=
+ + + + + +
=
+ += =
+ + + + + 574* 0.8 0.0003995* 4.1
41.15
32000*exp( ) *exp( ) 160 *exp( )
200 1
%
M #m s s s
+
=
= = =
( )
'
'
2
'
'
32000*exp( ) *exp( ) 160*exp( )
200 1
0.8487* 0.00015625 *0.7476 *160 * exp( )
41.15 * 11
0.0152* *(1)1 1693.63*
180( ) arctan( 39.41* ) *
180 1.586 0.000306
1
*
M
S C
S
S
S
#m s s s
En
G G s
s
G&
Ang G & &
Para & G AR
MGAR
= = =
=
+
=+
= =
= = = =
= 1.66
1 2
3267.46 3.96 0.6* 1960.471.583
1.9808 0.49522 8
C
' ' C '
' ' D
#
# P # #AR
P P
=
= = = = = =
= = = =
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'
10 0 0
2
3
2
2
1 0.8 4.18
1.15 12.5 0.15
5 3
1 0.9809* 1.9845* 1*(1 0.4952* ) *
1.9808* 1.9808*
( ) :
0.9809* 1.9845* 1* *0
1.9808*
(
C C C
C
Gc
#$ #$ #$Cp Cp Cp
#g C #g C #g C
#gA m " m
m
A R
s sG # s #
s s
En
s sGs #
s
= = =
= = =
= = + +
= + + =
+ +=
1 4 4 4 442 4 4 4 4 43
0.8487.00015625*0.7476 * *160 *
41.15* 1
1960.47
R M
P
s
G Cte G
G
C
es
#
+
=
1 4 2 4 3 1 2 3 142 43
1 442 4 43
DIAGRAMA DE BODE1 (P%i%#/ 7a%/ ' PID).
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Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
100
System: sys
Frequency (rad/sec): 19.9
Magnitude (abs ): 0.629
Magnitude(abs
)
10-1
100
101
102
-540
-360
-180
0
System: sys
Frequency (rad/sec): 19.9
Phase (deg): -180Pha
se(deg)
DIAGRAMA DE BODE II1 (M#'i0i-a'#)
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8/13/2019 Hornos de Secado Batch Por Bandejas 2013-2
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Simulacin y Control de Procesos PI-4262013-II
Bode Diagram
Frequency (rad/sec)
10-1
100
101
102
103
-360
-180
0
180
360
540
Phase(deg)
System: sys
Frequency (rad/sec): 98.7Phase (deg): -180
10-1
100
101
102
103
Magnitude(ab
s)
System: sys
Frequency (rad/sec): 98.7
Magnitude (abs): 1.4
RESPUESTA A LA FRECUENCIA1
0 5 10 15 20 251
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x 10-3 Step Response
Time (sec)
Amplitude
ANALISIS EN EL SIMULIN51
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Simulacin y Control de Procesos PI-4262013-II
III' BIBIORA,IA
- )ttp:GGPPP.revistas&o!ivianas.or#.&oGpdfG&cGvJn/1Ga17QvJn/1.pdf- )ttp:GGes."ade-in-c)ina.co"GcoQn"&"ac)iner(GproductQ0ruit-Le#eta&!e-
0is)-6eat-5er&s-6edicine-Tra(-Dr(er-N6