Tesis profesional presentada por Javier Martínez Cadena

Licenciatura en Ingeniería Mecánica. Departamento de Ingeniería Industrial y Mecánica. Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Presidente: M.C. Cosme Gómez Pineda
Vocal y Director: Dr. Bülent Umur Kozanoglu Diblan
Secretario: Dr. José Ángel Guerrero Beltrán

Cholula, Puebla, México a 8 de diciembre de 2008.

Resumen

Esta tesis tiene como fin el estudio experimental de secado de semillas de pimienta grande (d_p=7.55 mm según la tabla de clasificación que aparece en Patiño (2004)) en un lecho fluidizado al vacío empleando aire y utilizando diferentes variables como la temperatura, presión y velocidad del fluido.

La fluidización consiste en hacer pasar un fluido a través de un lecho de partículas solidas, las cuales quedan suspendidas en el fluido, dando una serie de ventajas y desventajas al proceso. Lo favorable de este proceso es el contacto tan amplio que hay entre el fluido y el sólido lo que permite que los coeficientes de transferencia de calor y masa sean muy elevados, dando la posibilidad de un secado mucho mas rápido. Ahora por el contrario, esta técnica necesita hacerse a temperaturas elevadas lo cual representa un problema para la conservación de las propiedades alimenticias y un gran riesgo explosivo en el secado de productos inflamables como lo sería la industria farmacéutica.

El vacío disminuye estos problemas debido a que a bajas presiones el riesgo de explosiones es mínimo y la operación se puede realizar a temperaturas mas bajas. Sin embargo trabajar a bajas presiones, disminuye la capacidad de transporte de masa y calor. Al mismo tiempo se obtiene una mejoría con la difusión de la humedad dentro de la partícula hacia el exterior donde es removida por el aire circulante (Arnaldos et al. 1998).

En el secado de un lecho fluidizado se tienen diversos comportamientos dependiendo de la semilla a secar, pues cada una cuenta con características distintas tales como su forma (por ejemplo, esfericidad), porosidad, humedad inicial, velocidad mínima de fluidización, etc. En este aspecto es importante mencionar que diversos estudios previos demuestran que cuando la partícula es porosa, el efecto del vacío sobre la razón de secado es mucho mayor que cuando se tienen partículas compactas, tal como lo demostró Arnaldos et al. (1998). Asimismo, los factores del fluido tales como su velocidad, temperatura, y su presión influyen de igual manera en el secado.

Pocos estudios de han publicado sobre las fluidinámicas de un lecho fluidizado al vacío. Kawamura y Suezawa (1961) observaron un comportamiento similar del lecho a presión reducida al encontrado bajo presión atmosférica. También se observó la coexistencia de una capa de lecho fluidizado superior y una zona de lecho fijo, por Germain y Claudel (1976). Kusakabe et al. (1989) también encontraron una capa superior en el lecho fluidizado cuando la caída de presión en el lecho y la presión absoluta de operación tienen la misma magnitud. Wraith y Harris (1992) midieron caídas de presión y vieron un frente de fluidización hacia abajo con un flujo de gas que iba en aumento. Llop et al. (1996) propusieron una ecuación para calcular la velocidad mínima de fluidización. Fletcher et al. (1993) definieron la velocidad mínima de fluidización para partículas de diversas formas a presiones reducidas.

Palancz (1983) propuso un modelo de tres fases bajo condiciones estables de un lecho fluidizado continuo. Thomas y Varma (1992) investigaron el efecto de la temperatura, velocidad de gas, forma de la partícula y masa de los sólidos en la razón de secado de los granos. Kozanoglu et al. (2002) midieron la velocidad mínima de fluidización de partículas grandes bajo condiciones de presión reducida. Un modelo matemático para simular el proceso de secado de un lecho fluidizado al vacío también fue presentado por Kozanoglu et al (2002). De igual manera, Kozanoglu et al (2001) calcularon el coeficiente de transferencia de masa bajo estas mismas condiciones, comparando los resultados experimentales de Arnaldos et al. (1998) con el modelo desarrollado por ellos (Kozanoglu et al, 2002).

Apoyándose en todos estos trabajos previos y otros, se pretende realizar el análisis propuesto en este trabajo

Esta tesis tiene igualmente como propósito comparar los resultados de la tesis se realizará al mismo tiempo por Salvador Gerardo Álvarez el cual utiliza partículas de pimienta chica ( d_p=4.50 mm según la tabla de clasificación que aparece en Patiño (2004).

Índice de contenido

Agradecimientos (archivo pdf, 24 kb)

Índices (archivo pdf, 57 kb)

Capítulo 1. Introducción (archivo pdf, 30 kb)

Capítulo 2. Antecedentes (archivo pdf, 34 kb)

  • 2.1 El Proceso de Fluidización
  • 2.2 Características del Proceso
  • 2.3 Antecedentes históricos del proceso de fluidización
  • 2.4 Avances sobre el efecto de la presión y temperatura en los sistemas de fluidización

Capítulo 3. Principios de Fluidización (archivo pdf, 652 kb)

  • 3.1 Estado Fluidizado
  • 3.2 Acarreo, Arrastre y Elutración
  • 3.3 Métodos de fluidización
  • 3.4 Fluidización gas-sólido
  • 3.5 Regímenes de flujo
  • 3.6 Regímenes de fluidización
  • 3.7 Caída de Presión
  • 3.8 Velocidad Mínima de Fluidización
  • 3.9 Velocidad terminal
  • 3.10 Propiedades de la burbuja
  • 3.11 Propiedades de las partículas
  • 3.12 Tipos de distribuidores

Capítulo 4. Fluidización al Vacío (archivo pdf, 69 kb)

  • 4.1 Fluidización al vacío
  • 4.2 Caída de Presión y Flujo en un Lecho de Partículas en Diferentes Regímenes
  • 4.3 Velocidad mínima de Fluidización

Capítulo 5. Proceso de Secado (archivo pdf, 331 kb)

  • 5.1 Secado de alimentos
  • 5.2 Transferencia de calor en el secado
  • 5.3 Transferencia de masa en el secado
  • 5.4 Factores que afectan al proceso de secado
  • 5.5 Curvas de secado
  • 5.6 Periodo de velocidad constante
  • 5.7 Periodo de velocidad decreciente
  • 5.8 Efecto de la profundidad del lecho sobre la velocidad de secado
  • 5.9 Efecto de la velocidad del gas sobre la velocidad de secado
  • 5.10 Efecto del tamaño de la partícula sobre la velocidad de secado

Capítulo 6. .Estudio y Presentación del Equipo Experimental (archivo pdf, 1 mb)

  • 6.1 Sistema de calentamiento de flujo
  • 6.2 Instrumentos de medición
  • 6.3 Columna de fluidización
  • 6.4 Sistema de vacío
  • 6.5 Sistema de conexión
  • 6.6 Sistema de entrada de aire
  • 6.7 Puesta en marcha del equipo
  • 6.8 Toma de muestras
  • 6.9 Paro del sistema

Capítulo 7. Pruebas Fludinámicas (archivo pdf, 383 kb)

  • 7.1 Condiciones de los Experimentos
  • 7.2 Procedimiento de experimentos
  • 7.3 Ecuaciones y análisis de datos

Capítulo 8. Pruebas de Secado (archivo pdf, 461 kb)

  • 8.1 Preparación de muestra y obtención de datos
  • 8.2 Toma de datos
  • 8.3 Curvas de secado y velocidad de secado
  • 8.4 Comparacion de curvas de secado (por velocidades)
  • 8.5 Comparación de curvas de secado (por temperaturas)
  • 8.6 Comparación de curvas de secado (por presiones)

Capítulo 9. Análisis de Resultados (archivo pdf, 338 kb)

  • 9.1 Análisis de resultados de pruebas fluidinámicas
  • 9.2 Análisis de resultados de pruebas de secado
  • 9.3 Metodo para la evaluacion sensorial de la pimienta y evaluacion de la calidad

Capítulo 10. Conclusiones, discusión y recomendaciones (archivo pdf, 31 kb)

  • 10.1 Conclusiones y discusión
  • 10.2 Recomendaciones

Referencias (archivo pdf, 33 kb)

Apéndice A. Gráficas Tiempo vs Wbs (archivo pdf, 144 kb)

Apéndice B. Tablas de fluidinámica (archivo pdf, 174 kb)

Apéndice C. Tablas de secado (archivo pdf, 584 kb)

Martínez Cadena, J. 2008. Análisis experimental del secado de semillas de pimienta grande (dp=7.55mm) en un lecho fluidizado al vacio empleando aire. Tesis Licenciatura. Ingeniería Mecánica. Departamento de Ingeniería Industrial y Mecánica, Escuela de Ingeniería y Ciencias, Universidad de las Américas Puebla. Diciembre. Derechos Reservados © 2008.