10 abril 2012

Guía para diseñar procesos de secado de biomasa (3ª PARTE)



Ver 2ª PARTE
Secadores de aire abiertos
Algunos materiales, tales como los procedentes de arreglos en parques o husks y stalks, pueden ser secados de forma natural almacenándolos a cubierto, en áreas abiertas o tomando la ventaja del secado al sol en lugares ventilados. El contenido de humedad de los materiales secados al aire usualmente varía entre un 15 y un 35 %, dependiendo del tamaño y características del material y las condiciones ambientales. El secado al aire es lento y depende de las condiciones ambientales. La pila puede necesitar stirring o voltearse para facilitar el secado. El secado al aire generalmente no es conveniente para materias primas con alto contenido en agua porque tienden a descomponerse rápidamente.
Secadores Floor Bin perforado
Los proyectos de biomasa pequeños pueden no solamente necesitar un secador floor been para secar la materia prima en lotes. De esta forma simple, los gases calientes del quemador del secador o el gas de los humos recuperados de la caldera o gasificador son pasados a través del suelo perforado en un gran bin conteniendo la materia prima. La profundidad de la materia prima en el secador no excederá de 1 o 2 pies. La materia prima usualmente requiere mezcla después del secado para alcanzar el contenido de humedad uniforme.
Secadores de vapor sobrecalentados
En secadores de vapor sobrecalentados, el vapor sobrecalentado de la caldera es alimentado directamente al secador – no a través de un intercambiador de calor como en los secadores de tubo de vapor con fuego indirecto. La temperatura del vapor permanece por encima de la temperatura de saturación, por lo que no se condensa, y por ello la humedad de evaporación de la biomasa se transfiere sólo por calor sensible. Una cantidad más grande de vapor a una temperatura y presión inferior dejan el secador que entra en él.

Los secadores de vapor sobrecalentados pueden operar en un bucle cerrado con vapor de baja presión desde el secador que se está calentando e inyectado en el secador. Si el exceso de vapor se recupera para su uso en otro proceso, una gran fracción – tan alta como 70 – 80 % - de la energía es recuperable. La salida de vapor del secador estará a la misma presión que el secador. Por lo tanto, manteniendo una presión por encima de la presión atmosférica permitimos la recuperación de calor a una temperatura más útil y alta. La presión puede seleccionarse para acoplarse a los requerimientos de calor de proceso. Si el ensuciamiento es una preocupación con vapor que se usa directamente, el vapor puede ser revaporizado. El vapor atmosférico puede ser usado para cumplir las necesidades de agua caliente. Si no se usa para el vapor venteado, el potencial de ahorro energético es debido solamente a la ausencia de aire caliente venteado en otros secadores. El material debe alimentarse al secador por un alimentador, tal como una válvula rotatoria o alimentador de tornillo.

Los secadores de vapor sobrecalentados no tienen emisiones de aire ni presentan riesgo de incendio.
Secadores rotatorios
En un secador rotatorio, el material es alimentado en un cilindro de rotación lenta. El desplazamiento longitudinal en el interior del cilindro eleva el producto y permite que baje en cascada a través del medio de secado. Los secadores rotatorios tienen un uso amplio y una historia probada en muchas industrias. Por otra parte, lodos de papel con alto contenido en arcilla pueden liarse en un secador rotatorio.

·         Secadores rotatorios de fuego directo.  Los secadores de fuego directo alimentados en continuo son el tipo más común de secador para materiales como serrín, cortezas y muchos otros más. En general, la mayor temperatura posible sin abrasar el combustible da como resultado la mayor eficiencia del secador. Una temperatura de entrada de alrededor de 426 ºC es óptima para hog fuel (combustible formado por cortezas y residuos forestales) secado en un secador directo de tambor rotatorio. Pero temperaturas tan bajas como 260 ºC pueden usarse con eficiencias aceptables en estos secadores. Las temperaturas de escape de alrededor de 65 ºC son típicas.  En comparación con los secadores de fuego indirecto, los secadores de fuego directo tienen costes de operación y mantenimiento más bajos y disponibilidad más alta (menos tiempo de mantenimiento). Los secadores de temperatura más bajos tales como los secadores del transportador y secadores en cascada tienen varias ventajas sobre los secadores rotatorios de fuego directo. En comparación, los secadores rotatorios de fuego directo tienen una mayor emisión de VOCs y partículas, una oportunidad menor para recuperar el calor residual, y tienen un riesgo de incendio mayor especialmente después de que el secador se apague.

·         Secador rotatorio de fuego indirecto: Los secadores de tubo de vapor usan vapor de la caldera de potencia para secar el combustible, pasando el vapor a través de los tubos u otro tipo de intercambiador de calor localizado en el interior del tambor. Ya que este vapor se usará para generar electricidad, representa un coste de energía. Los secadores de fuego indirecto generalmente son menso eficientes que los secadores de fuego directo debido a que introducen una ineficiencia asociada con la transferencia de calor de los tubos de vapor al material.
Secadores de transportador
En los secadores de transportador, la materia prima se extiende en el transformador perforado para secar el material en un proceso continuo. Los ventiladores soplan el medio  de secado a través del transportador y materia prima, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Si se usan transportadores múltiples pueden estar en serie o apilados (es decir, multi-paso). Los secadores del transportador son muy versátiles y pueden manejar un amplio rango de materiales.

Los secadores del transportador son más convenientes para tomar ventajas de las oportunidades de recuperación de calor ya que operan a temperaturas inferiores a los secadores rotatorios usados en secado de hog fuel. Los secadores rotatorios, por ejemplo, típicamente requieren temperaturas de entrada de al menos 500 ºF para secado hog fuel, pero operan más óptimamente alrededor de 800 ºF. En contraste, la temperatura de entrada de al menos un secador de transportador de vacío disponible comercialmente puede ser tan baja como 10 ºF por encima de la temperatura ambiente, aunque más típicamente los secadores de transportadores operan a temperaturas más altas entre 200 ºF y 400 ºF. Debido a sus temperaturas más bajas, los secadores del transportador pueden incluso usarse en conjunción con el economizador de la chimenea de una caldera para tomar la máxima ventaja de la recuperación de calor del gas de los humos de la caldera. En este escenario, un economizador primero recupera calor del gas de los humos de la caldera. Luego la salida del economizador se usa para secado de combustible.

Su temperatura más baja también significa que hay un riesgo de incendios más bajo. Las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (VOCs) desde el secador serán también más bajos. Una ventaja de los secadores del transportador sobre muchos otros tipos es que el material no se agita. Esto quiere decir que puede haber muy pocas partículas en sus emisiones. Por otra parte, los finos puede ser necesario se apantallen primero y luego se añadan al secador en un punto último, ya que puede caer a través de las perforaciones de la cinta.

La huella de secadores de transportador de paso simple es típicamente más grandes que la de un secador rotatorio de tamaño comparable. Los transportadores multi-paso en los que los transportadores están dispuestos uno sobre el otro con material en cascada ahorran un considerable espacio. Los secadores multi-paso son muy comunes en industrias muy diferentes debido a su pequeña huella y coste más bajo.

El coste de capital de los secadores de transportador y de los  secadores rotatorios es a menudo comparable. Sin embargo, un secador de transportador puede requerir menos equipo auxiliar para el tratamiento de emisiones; así que para nuevas instalaciones el coste total puede ser menor. Los costes de operación y mantenimiento (O&M) son más altos que para los secadores rotatorios. Los secadores multi-paso son más complejos que los secadores multipasos así que tienen costes O&M mayores que los secadores de paso simple.
Secadores de cascada
Los secadores de cascada se usan ampliamente para secar biomasa en Europa, especialmente en Suecia. Se piensa sobre ellos como un tipo de secador de lecho fluidizado. El material se introduce en un chorro de aire caliente en una cámara cerrada. Se transporta hacia arriba por el aire y luego cae como una cascada al fondo para ser elevado de nuevo. El material es extraído a través de aperturas en el lado de la cámara.
Los secadores de cascada operan a temperaturas intermedias entre aquellas del transportador y los secadores rotatorios. Tienen una huella más pequeña que los secadores de transportador y rotatorio. Una desventaja es que son más propensos a al corrosión y erosión de las superficies del secador y así tienen unos costes de mantenimiento más altos.
Secadores Flash
En secadores flash (secadores neumáticos), la materia prima se suspende en un caudal hacia arriba del medio de secado, usualmente gas de los humos. Los secadores Flash son apropiados para secar una amplia variedad de materiales.

Los secadores Flash son generalmente efectivos en costes solamente a escalas más grandes. El uso de electricidad por secadores flash es mayor que en otros tipos de secadores debido al auto caudal de aire requerido para mantener el material suspendido. Los secadores Flash requieren un tamaño de partícula más pequeño y por ello pueden requerirse desmenuzadores, también se incrementa el uso eléctrico.
Secadores de microondas
Los secadores de microondas industriales se usan en muchas industrias, primariamente en aplicaciones donde la calidad del producto, velocidad de secado y retirada eficiente de las trazas finales de humedad son ventajosas. Las ventajas incluyen secado más rápido, calentamiento más uniforme, eficiencia energética y mejor control del proceso.

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