Vapor para granulación

En la mayoria de los casos el obstáculo más importante para alcanzar la máxima productividad de una prensa granuladora, es la mala calidad del vapor. El vapor condensado sirve como lubricante para el material que pasa por la matriz. En teoría, cada partícula se cubre de una capa fina de humedad lo que reduce el rozamiento, por lo cual incrementa el rendimiento del granulador y se alarga la duración de la matriz y de los rodillos. Además, debido a la humedad y a la temperatura alta se produce transformación parcial de almidón (gelatinización) por lo que los gránulos se hacen más sólidos y densos.

Gelatinización es el proceso de transformación de almidón en carbohidratos simples, en un tiempo dado, bajo una temperatura y humedad adecuados. Normalmente tanto el tiempo de estancia en el acondicionador como la temperatura y la humedad son adecuados para que se produzca esta transformación.

Como es sabido, la temperatura ideal para alcanzar los mejores resultados para la mayoría de los piensos es de 75^oC o más alta, mientras que la humedad de la harina a la entrada en la matriz debe ser de 17-18%. Aunque no se puede ser categórico en estas cuestiones, hay que tener presente que estos parámetros dan buenos resultados en casi todos los forrajes.

La agregación de grandes cantidades de vapor, aunque sea en grandes espacios de tiempo, provoca que la harina se amasa, causando de tal modo atascamiento de la matriz. El problema se puede resolver aumentando la temperatura sin subir demasiado la humedad. A la hora de diseñar una línea de vapor hay que tener muy en cuenta este problema.

Es muy importante que la inyección de vapor sea constante y regular, a una temperatura posiblemente más alta, y que el vapor sea seco y la presión estable, y ante todo, que el vapor no contenga humedad y no sea condensado. Cuando el vapor contiene mucha agua, la harina es demasiado húmeda para que se pueda obtener una temperatura deseada. En algunos países, como Estados Unidos, esta cuestión no tiene mucha importancia, ya que las materias primas utilizadas ahí se caracterizan por un contenido de humedad muy bajo.

Sin duda alguna, no se puede describir inequívocamnte ni dictar los parámetros para un acondicionamiento perfecto. Es preciso ser elástico y acoplarlos siempre a la fórmula de cada pienso, teniendo en cuenta el contenido de proteínas, de almidón y melaza. Sin embargo, hay que ser muy prudente y no aumentar la humedad excepto en los casos cuando las materias primas sean muy secas.

Para aclarar algunos términos utilizados en adelante, adjuntamos un diagrama que explica la producción de vapor.

En el diagrama se ven tres etapas en las que el agua se transforma en vapor no saturado. El eje horizontal de temperatura comienza con la temperatura de congelación. El segundo punto – 100oC - es la temperatura de ebullición a una presión atmosférica normal, en un recipiente abierto y a nivel del mar (a una presión menor o mayor la temperatura de ebullición varía). La última temperatura en el diagrama corresponde al vapor no saturado.

El eje vertical del diagrama representa el contenido del calor en vapor: h significa el calor sensible del agua, l se refiere a la etapa siguiente, es decir el calor latente que es necesario para la transformación del agua en vapor sin incremento de la temperatura. El calor latente depende de la temperatura y disminuye con la subida de la presión. La tercera etapa corresponde al vapor no saturado; a ese nivel siempre se necesita un aumento directo de la temperatura para que crezca el calor.

Fracción de humedad en vapor – es un término frecuentemente empleado, se refiere a la fracción de vapor latente, que se ha añadido. Para granulación se necesita un vapor seco, cuya humedad es casi nula y en caso de que creciera el calor este vapor se convertiría en vapor no saturado. Si el vapor contiene fracción de humedad, eso significa que el agua es transportada en forma de suspensión y en realidad tenemos un vapor húmedo.

Como ya hemos mencionado anteriormente, el vapor para granulación ha de ser seco o no saturado. En práctica, la presión y la temperatura nos indicarán que tipo de vapor tenemos.

La experiencia enseña que para alcanzar una temperatura de entre los 75oC y los 90oC en la granuladora, utilizando un vapor de buena calidad, se influye también en el aumento de la humedad en la harina de un 5% (la humedad crece de 12% a15%). Por eso se calcula que la demanda de vapor para la granulación es de un 5% respecto a la productividad máxima de la prensa granuladora.

Esta demanda puede ser fácilmente valuada si se conoce el rendimiento máximo del granulador y en caso de que éste se desconociera, hay que suponer que la productividad es de 100kg por hora y multiplicarlo por la potencia del motor principal expresada en Hp. Por supesto el resultado será equivalente al rendimiento máximo, pero siempre es mejor tirar por lo alto que por lo bajo.
Es sabido que cuando la temperatura de la harina aumenta unos 10oC su humedad crece el 1%.

La cantidad de vapor se calcula en kilogramos, producidos a la temperatura de los 100oC, a partir del agua de alimentación. Pero en nuestro caso, es decir para la aplicación del vapor en granulación, ésto sería peligroso, ya que el agua de alimentación no tiene la temperatura de 100oC. Si así fuera el vapor tuviera que producirse bajo la presión atmosférica, lo que no sucede nunca en el proceso de granulación.

El rendimiento de una caldera cambia en función de dos factores: la temperatura del agua de alimentación y la presión en producción. Para tener un cierto margen de seguridad es aconsejable aumentar el tamaño real de la caldera de un 25% respecto a la demanda del vapor teorética.
Las calderas que dan los mejores resultados en la producción de vapor para las prensas granuladoras son las de tubos de humo. Si la caldera es pequeña, resulta muy útil equipar el sistme de vapor con un temporizador, que encenderá la caldera antes del comienzo del turno productivo con una antelación adecuada.

Si una máquina no es capaz (en teoría o en práctica) de producir una cantidad de vapor suficiente, la solución está en la subida de la temperatura del agua. Una manera fácil de hacerlo es instalar un calentador de caldera y eliminar pérdidas de calor usando un buen aislamiento térmico del recipiente de agua de alimentación. No se debe olvidar que las pérdidas de calor son muy costosas y que todas las condensas deben volver al recipiente de agua de alimentación para disminuir al máximo el consumo de combustible.

Vale la pena recordar una regla que dice que el aumento de la temperatura del agua de 6oC permite reducir el 1% el consumo del combustible utilizado en la transformación agua-vapor.
Frecuentemente la causa de humedad del vapor está en que la caldera trabaja con demasiada agua dentro. Se recomienda controlar regularmente y con atención si el nivel de agua no es más alto de lo indicado en el interior de la caldera.

No se debe olvidar nunca que en condiciones de granulación típicas para la zona europea, el calor ha de ser muy caliente, seco y bajo una presión estable.

Importante:

1. Una regla general que concierne todas las líneas de vapor consiste en que haya un número suficiente de drenajes, ante todo en los tramos horizontales.

2. La tubería debe tener una inclinación descendiente, acorde con la dirección del transporte. La diferencia de niveles debe ser de 0.5 cm en un tramo de 1 m. Si la tubería es muy larga se puede evitar demasiada altura utilizando sifones.

3. Un elemento imprescindible del sistema es el tubo colector de ramificaciones de vapor, que además sirve como separador de condensos/condensado. El diámetro del tubo colector debe ser bastante grande para que el vapor transportado disminuya su velocidad y para que el agua transportada pueda ser separada y recuperada por el sistema de recuperación de condensado situado al extremo del tubo. El tubo colector debe ser inclinado, como el resto de la tubería. Además ha de ser colocado debajo del nivel del granulador, de tal modo que el agua pueda gotear del tubo libremente. A la hora de planear el tamaño del tubo colector hay que tener en cuenta sus posibles aplicaciones futuras, por ejemplo: para el calentamiento de contenedores con melaza o grasas.

4. Todas las válvulas y tuberías deben tener un aislamiento adecuado a lo largo de todo el transcurso. La caldera debe ubicarse lo más cerca posible de la prensa granuladora.

5. En el pasado se empleaba a veces una técnica de aislamiento muy práctica que estribaba en instalar la tubería de melaza paralelamenta a la del vapor y en aislarlas juntas. La gran ventaja de este método fue que la melaza se calentaba, sin embargo el vapor para granulación perdía mucho calor. Hoy en día se aconseja instalar las dos líneas separadamente y aprovechar para el calentamiento de melaza el calor del tubo colector en vez de quitarlo al vapor de granulación.

Notas acerca de la instalación de vapor:

a. Hay que proveerse de una válvula de seguridad adecuada para los sistemas de vapor.

b. Una válvula de cierre rápido accionada por el sistema de control del nivel en el tramo de alimentación del granulador podría ser el primer paso hacia el control automático de granulación.

c. Los dispositivos de descarga son la parte más importante del sistema de distribución del vapor. En el momento de arranque de la prensa granuladora deben ser capaces de descargar grandes cantidades de agua, ya que todo el vapor al comienzo de un turno productivo se produce sin sobrecalentamiento y por lo tanto contiene mucha agua.

d. Es muy importante proveerse de un recipiente grande, situado fuera del circuito de vapor, en el que pueda reunirse el agua producida durante el arranque y del que pueda ser transportada al tubo colector.

e. El tubo colector es tan importante como los dispositvos de descarga.

f. A continuación del separador de condensas deben ubicarse: dispositivos de descarga, indicador de paso y válvula de cierre (ante todo si es posible que se produzca contrapresión en la tubería)

El indicador de paso permitirá controlar el funcionamiento correcto del sistema de recuperación de condensado. Por supuesto debe estar instalado de tal modo que sea fácilmente visible.

El vapor condensado puede ser essere elevato empleando la presión del mismo vapor. No se debe olvidar que una atmósfera equivale a 10 mt. de altura.

El diámetro de la tubería utilizada, debe ser adecuado para transportar la cantidad del vapor sin pérdidas excesivas de presión. La experiencia nos enseña que un diámetro de tuberías reducido es muy a menudo la causa de limitaciones de muchas instalaciones de vapor, y al mismo tiempo, la causa de un rendimiento reducido.

La tabla siguiente puede servir de guía. Demuestra la cantidad (el peso) de vapor saturado seco que pasa por 100 pies de tuberías, perdiendo 1 p.s.t. de p

Si la temperatura del gránulo tras salir del enfriador es demasiado alta (más que la temperatura ambiente, por ejemplo: unos 6oC más) es muy probable que el enfriador esté mal dimensionado, o que el tiempo que los gránulos han permanecido dentro sea demasiado corto, o que tal vez la cantidad del aire de enfriamiento no haya sido suficiente (las dos últimas causas pueden darse simultáneamente).
La humedad final del producto debe ser casi igual a la de las materias primas, eso significa que durante el enfriamiento se elimina sólo la humedad procedente del acondicionamiento con vapor. Es importante que el contenido de humedad en el producto que sale del enfriador no sea más bajo que en las materias primas, ya que el enfriador sirve para enfriar y no para secar.
Si el producto final levanta demasiado polvo, o los gránulos no son lo suficientemente duros, se puede inferir que la harina no ha sido acondicionada adecuadamente o que la matriz tiene un índice de compresión demasiado bajo para nuestras necesidades.
El rendimiento de una prensa granuladora se puede calcular fácilmente si se recogen y se pesan gránulos producidos durante 20-30 segundos y después se multiplican los resultados.