ES1261249U - Sistema de secado de productos granulares - Google Patents
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Abstract
Sistema de secado (1) de productos granulares (14) que comprende un fluido, y medios calefactores (2) configurados para calentar el fluido caracterizado porque comprende: - una tolva de secado (3) que comprende: - una zona de alojamiento (5) configurado para alojar el producto granular (14) a secar, - una zona de descarga (6) que comprende una parrilla (10) configurada para vaciar el producto granular (14) seco de la zona de alojamiento (5) y - un plenum (7) configurado para acumular el fluido caliente y que comprende una entrada de fluido (8) a la zona de alojamiento (5); - un medio de canalización del fluido (4) configurados para permitir el flujo del fluido caliente hasta el plenum (7), y - un sistema de control (13) configurado para regular el flujo del fluido caliente.
Description
DESCRIPCIÓN
SISTEMA DE SECADO DE PRODUCTOS GRANULARES
Campo de la invención
La presente invención se encuentra en el sector agrario, específicamente en los sistemas de secado de productos granulares.
Estado de la técnica
Entre las múltiples operaciones presentes en el proceso de transformación de productos agrarios, como los huesos de aceituna, es frecuente que sea necesario una etapa de secado de dichos productos, bien para mantener las características químicas que puedan conferirle un valor de mercado, o bien para aumentar su poder calorífico en máquinas de calentamientos, tales como calderas, revalorizando así su venta.
En la actualidad, se encuentran dos tipologías de sistemas de secado utilizados en el mercado: grandes secaderos y pequeñas instalaciones con menor capacidad de secado.
Las grandes instalaciones se caracterizan por sus tipologías, el producto que generan, el combustible que consumen, la temperatura de operación y su tamaño físico. Dentro de la tipología de grandes secaderos, los más habituales son los trómeles de secado, los secaderos de banda y las torres de secado.
Gracias a las elevadas temperaturas alcanzadas mediante la quema de un combustible o el uso de energía eléctrica, se logra disminuir la humedad del hueso de una manera continua, por lo que el demandante del servicio debe poseer un gran volumen de material a secar, o tiene como objetivo principal de su actividad el secado.
De este modo, el consumo elevado de combustible es una de las características de estos equipos. Es frecuente que los equipos estén alimentados por gas, electricidad o por cogeneración, si bien el elevado coste de explotación es una de las principales
limitaciones que se encuentra en el secado de los productos. El elevado coste de adquisición y explotación de este tipo de sistemas de secado hace que su adquisición en el mercado por compañías de medio y pequeño tamaño del sector sea altamente complicado y costoso.
Por su parte, las pequeñas instalaciones de secado de productos granulares utilizan la temperatura generada en dispositivos de captación de calor para la desecación de la humedad presente en el producto granular. Este proceso se lleva a cabo mediante la convección natural generada por la corriente de aire en ascenso, o bien tímidamente forzada mediante ventiladores.
Entre los captadores de calor, en el mercado se han localizado sistemas de secados fundamentados en la tecnología solar. Se han observado soluciones donde un edificio aprovecha la energía del sol directamente mediante cubiertas y paredes acristaladas, haciendo del edificio o de la cubierta un reservorio de calor.
El empleo de la energía solar reduce considerablemente la huella de carbono del producto revalorizado, lo que hace que el proceso de secado sea un proceso sostenible. El resultado de este tipo de secaderos es un bajo rendimiento de secado y una escasa homogeneidad en los lotes del producto a secar.
Debido a la concienciación social relativa al medio ambiente, tanto las administraciones y como las corporaciones están potenciando el uso de energías renovables en procesos de generación de energía y el aprovechamiento de los desechos de procesos industriales para su valorización. Esta tendencia está generando un amplio campo de conocimiento en materia de generación de energías y aprovechamiento de subproductos de la industria, como puede ser el hueso de aceituna proveniente del proceso de extracción del aceite.
Existe, por tanto, una necesidad de una solución que permita obtener un secado efectivo y homogéneo de los productos granulares dentro del sector agrario, tales como aceitunas, café, frutos secos, bagazo o alfalfa, si bien no tiene que estar limitado a estos productos.
Descripción de la invención
Por este motivo, se presenta un nuevo sistema de secado sostenible de los productos granulares.
El sistema de secado sostenible de la presente invención comprende una tolva de secado con un medio de canalizaciones para un fluido, y medios calefactores configurados para calentar el fluido.
En la tolva de secado se puede distinguir a su vez: la zona de alojamiento del producto granular, la zona de descarga y el plenum del fluido.
- Zona de alojamiento del producto granular. La zona de alojamiento presenta un flujo de un fluido calentado previamente que atraviesa todo el volumen de producto granular, produciéndose la saturación de dicho fluido y el descenso de la humedad del producto granular contenido en esta zona.
En una realización preferente, dicha zona presenta una forma trapezoidal de carga y descarga vertical diseñada para albergar el producto granular a secar y conseguir la homogeneidad del secado.
En una realización preferente, la entrada de fluido a la zona de alojamiento se realizará a través de una malla perforada, preferentemente, situada en uno de los laterales de la pared de la zona de alojamiento.
Adicionalmente, la zona de alojamiento del producto granular puede comprender un sistema de agitación cuyo objetivo será remover el producto granular en el interior de la zona del alojamiento. En una realización preferente, el sistema de agitación es un aspa si bien se pueden emplear otros medios como por ejemplo un tornillo sin fin.
- Zona de descarga. Se encuentra en contacto con la parte inferior de la zona de alojamiento. En una realización preferente, la zona de descarga comprende una parrilla accionada para su apertura y cierre neumática, lo que permite la descarga por gravedad del producto granular seco de forma controlada, por la parte inferior de la tolva de secado. En una realización preferente, la parrilla
comprende dos pistones soldados, cuyo movimiento hace desplazarse horizontalmente la parrilla permitiendo la caída del producto secado.
- Plenum del fluido, es un espacio de acumulación del fluido calentado previamente en contacto con la zona de alojamiento del producto granular. En una realización preferente, la entrada de fluido se localiza en una cara lateral de la zona de alojamiento, permitiendo la incorporación del fluido previamente calentado, a la zona de alojamiento, a través de la malla perforada, y poniendo en contacto el fluido con el producto granular. La incorporación del fluido caliente de manera ascendente genera la creación de un lecho fluidizado, lo que favorece además la limpia del producto granular contenido en la zona de alojamiento.
En una realización preferente, el aporte de la energía para calentar el fluido se puede lograr a través de la radiación solar en un campo de captadores solares. Dicho campo, presenta una corriente del fluido seco, preferiblemente aire, que es tomada del exterior y eleva su temperatura gracias a la convección forzada entre la corriente mencionada. En una realización preferente, los captadores solares presentan una configuración plana. Gracias al incremento de temperatura del fluido inicial, este fluido presenta una humedad relativa baja y es capaz de absorber una mayor humedad de la que posee inicialmente, reduciendo la humedad del producto agrario con el que entre en contacto.
El sistema de secado comprende un medio de canalización del fluido que permite la unión de la corriente de fluido calentada, preferentemente en el campo de captadores solares, con la tolva de secado. La corriente de fluido caliente se introduce en la tolva de secado acumulándose en el plenum del fluido, hasta su entrada en la zona del alojamiento.
En una realización preferente, el medio de canalización del fluido puede presentar adicionalmente un cambiador de calor previo a la entrada del fluido a la tolva de secado. El objetivo de este cambiador de calor es aprovechar el excedente térmico de temperatura para el calentamiento de agua si la humedad relativa del fluido desciende de un determinado porcentaje, o bien, para el aporte energético necesario en caso de no alcanzar la temperatura necesaria para el óptimo desarrollo del proceso. De este modo, se logra un fluido a una temperatura de 50-70°C a la entrada de la tolva,
preferentemente a una temperatura de 60°C a la entrada de la tolva. En una realización aún más preferente, este cambiador de calor es un cambiador de agua-aire.
Por tanto, se logra un sistema de secado sostenible que puede funcionar por medio de un sistema híbrido que comprende el campo de captadores solares o que además puede comprender una caldera, preferiblemente una caldera de biomasa, como por ejemplo los huesos de aceitunas secos producidos. En la realización preferente con un cambiador de agua-aire, la caldera calienta un depósito de agua a 80°C, que está conectado con el cambiador de calor para aportar el calor necesario a la corriente de aire de manera previa a la entrada en la tolva.
La presencia o no de este cambiador de calor, no genera la interrupción de la operación. Se trata de un sistema automático, donde la sonda presente antes del cambiador de calor detecta la temperatura del flujo de aire. En el caso de que no fuese suficiente la temperatura de entrada, se enciende la caldera y las bombas secundarias, elevando la temperatura del fluido, lo que no hará que el lote se detenga de recibir aire seco y caliente.
- Sistema de control. Se trata de un sistema de control automático que comprende los parámetros medidos por sensores de temperatura y humedad. Mediante este sistema, se logra la regulación de los caudales de entrada del fluido. De este modo, se logra una entrada de fluido caliente a una temperatura en el intervalo de 50-70°C, preferentemente 60°C, a la zona de alojamiento del producto granular.
En una realización preferente, el sistema de control regula también, si aplica, la velocidad del sistema de agitación, con el fin de optimizar el proceso.
Adicionalmente, el sistema de control puede advertir al usuario de la operación en marcha o de su finalización mediante la presencia de sondas dispuesta para tal efecto.
La presente invención presenta numerosas ventajas frente a los modelos convenciones presentes en el mercado.
- Mediante esta invención, se logra la revalorización de un residuo del sector agrario por medio de energía renovable, logrando un rendimiento y una homogeneidad superior a los resultados obtenidos en las pequeñas instalaciones, logrando potenciar la economía de estos procesos.
- Las dimensiones y su magnitud tecnológica y material permiten su uso al mercado de pequeños productores, logrando el tratamiento de forma ecológica y económica de subproductos y residuos de otros procesos como la producción de aceite.
- El diseño de la tolva puede permitir la adaptación de múltiples sistemas de carga y descarga, en función del productor. Entre otros, dicha configuración se puede adaptar a la carga mediante maquinaria móvil, como una pala cargadora a granel, o al empaquetado de descarga vertical, tipo big-bags. De este modo, se lograría una rápida entrada en el mercado actual, al ser funcional con otros sistemas característicos de este sector en la actualidad.
Además, el diseño de la presente invención hace posible la incorporación del proceso de secado a las instalaciones ya existentes sin la alteración de la estructura del edificio presente.
- Se permite utilizar, de manera controlada y automatizada, la energía solar proveniente de captadores solares térmicos, preferiblemente por aire. Al ser los captadores solares un sistema de paneles que calientan directamente un fluido en su interior y no existir elementos intermedios, se reducen la pérdida de rendimiento de esta transmisión.
- El coste de la operación de secado se reduce drásticamente frente a los sistemas de secado basados en combustibles fósiles.
- El diseño, la automatización y el sistema de control presente en el proceso permite optimizar los rendimientos de la generación de energía, tiempos de secados de lotes y tasas de secado/hora. De este modo, se logra el empleo de productos granulares con diferentes grados de humedad.
- La configuración en lecho fluidizado permite añadir la limpieza al secado del producto de manera simultánea.
Por tanto, mediante esta solución se solventa el elevado consumo de combustible fósil o energía eléctrica presente en las grandes instalaciones, y los bajos rendimientos y la falta de homogeneidad que caracteriza a los procesos de las pequeñas instalaciones.
En las figuras, se muestran los siguientes elementos:
1. Sistema de secado sostenible
2. Medios calefactores
3. Tolva de secado
4. Medio de canalización del fluido
5. Zona de alojamiento
6. Zona de descarga
7. Plenum
8. Entrada del fluido en la zona de alojamiento
9. Sistema de agitación
10. Parrilla
11. Cambiador de calor
12. Caldera
13. Sistema de control
14. Producto granular
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Además, la palabra "comprende" incluye el caso "consiste en". Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una realización preferente del sistema de secado sostenible.
La Figura 2 muestra un corte de una realización preferente de la tolva de secado.
La Figura 3 muestra una planta de una realización preferente de la tolva de secado.
Descripción detallada de la invención
En la Figura 1 se muestra una realización preferente del sistema de secado sostenible (1).
En la realización preferente, el producto granular (14) elegido fueron 700kg de huesos de aceitunas con un 35% de humedad inicial. Los huesos de aceitunas se cargaron por la cara superior de la tolva de secado (3), alojándose en la zona de alojamiento (5).
En esta realización preferente, el fluido empleado es aire recogido del exterior, que presenta una temperatura inicial de 23°C, con una humedad relativa ambiente del 70% (humedad absoluta del aire: 12g/kg aire seco).
En primer lugar, dicha corriente de aire se calentó sin modificar su humedad absoluta hasta una temperatura de 53°C. En esta realización preferente, los medios calefactores (2) son un campo de captadores solares. De este modo, la humedad relativa del aire empleado se vio reducida a un 16%.
Esta corriente de aire caliente discurrió a través del medio de canalización (4) hasta el plenum (7) presente en la tolva de secado (3), donde se acumuló antes de su puesta en contacto con el producto granular (14), cargado y alojado en la zona de alojamiento (5).
El medio de canalización (4) puede comprender además un cambiador de calor (11). Este cambiador de calor (11), preferentemente un cambiador agua-aire, está configurado para dos funcionalidades. Por un lado, permite aprovechar un posible exceso de calor existente en la corriente del fluido calentado en los medios calefactores (2), preferentemente un campo de captadores solares, y, por otro lado, en caso contrario, donde la corriente del fluido no dispone de temperatura suficiente para su entrada en la tolva de secado (3), aportar el calor necesario para dicho fin. En una realización preferente, la entrada del aire a la zona de alojamiento (5) se realiza en un intervalo de temperatura de 50-70°C, donde en una realización aún más preferente, se lleva a cabo a 60°C.
Para poder aportar el calor, el cambiador de calor (11) está conectado a una caldera (12), preferiblemente configurada para emplear biomasa como combustible. Así, el cambiador de calor (11) presenta una entrada de agua de 6-10litros/minutos, según la necesidad del aporte, con una temperatura de entrada del agua a 80°C, y una salida del cambiador de calor (11) a 56°C.
Por su parte, el plenum (7) puede situarse en la parte inferior de la tolva de secado (3), preferentemente en un lateral de la misma.
El contacto de la corriente de aire caliente acumulado en el plenum (7) y el producto granular (14) se realizó mediante una entrada del fluido (8) en la zona de alojamiento (5) en forma de malla perforada que permitía el paso del aire caliente desde el plenum (7) a la zona de alojamiento (5).
Mediante la entrada del aire caliente a través de la malla perforada se genera en la zona de alojamiento (5) un lecho fluidizado del producto granular a secar. El contacto generado permite el intercambio de humedad entre el aire y el sólido, reduciendo la humedad del producto granular y aumentando la saturación de humedad del aire. La saturación de humedad del aire de la tolva de secado (3) se controla mediante la variación del flujo de aire aportado a la zona de alojamiento (5).
En una realización más preferente, tal y como se presenta en la Figura 2, la tolva de secado (3) puede presentar una disposición simétrica. El medio de canalización (4) puede presentar una bifurcación de la corriente del fluido conectándose a dos plenum (7a, 7b), configurados uno a cada lado de zona de alojamiento (5). De este modo, el fluido penetra a la zona de alojamiento (5) por medio de dos entradas de fluido (8), lo que permite un reparto más homogéneo del fluido por la zona de alojamiento (5) y mejorando el secado del producto granular (14).
Adicionalmente, como se aprecia en la figura 3 donde se muestra la planta de una realización preferente de la tolva de secado (3), la zona de alojamiento (5) puede comprender un sistema de agitación (9) configurado para remover el producto granular (14) a secar, lo que permite mejorar la homogeneidad del secado frente a otras soluciones del estado de la técnica. En la realización preferente, este sistema de
agitación (9) es un aspa longitudinal, donde la velocidad de revolución está controlada mediante el sistema de control (13) de la solución.
Mediante el control del flujo de entrada del aire y, si aplica, la velocidad de las aspas, se logra la optimización del intercambio de humedad del producto granular (14) con el aire.
De este modo, se logra una salida del aire con una humedad relativa en torno al 90%, mientras que la humedad del hueso de aceitunas, inicialmente al 35%, se vio reducida al 11%.
Una vez alcanzado la humedad objetivo del producto granular (14), en la realización preferente, en torno al 10% para los huesos de aceitunas, el producto granular (14) se descargó por gravedad por la zona de descarga (6) de la tolva de secado (3). Para ello, la zona de descarga (6) comprende una parrilla (10) accionada para su apertura y cierre neumático, lo que permite la descarga del producto granular (14) seco de forma controlada, por la parte inferior de la tolva de secado (3).
Por su parte, la configuración del lecho fluidizado presente en la tolva genera además una limpieza del producto granular seco. Estos residuos son extraídos de la tolva de secado (3) junto con el fluido saturado por la parte superior de la tolva de secado (3), y pueden ser destinados a un proceso posterior de tratamiento de residuos.
Por último, todo este proceso está controlado por el sistema de control (13) del proceso, que presenta múltiples sensores, principalmente para controlar la temperatura y la humedad, modificando de manera automáticas las condiciones del proceso (flujo de entrada de aire, velocidad de las aspas).
Claims (13)
1. Sistema de secado (1) de productos granulares (14) que comprende un fluido, y medios calefactores (2) configurados para calentar el fluido caracterizado por que com prende:
- una tolva de secado (3) que comprende:
- una zona de alojamiento (5) configurado para alojar el producto granular (14) a secar,
- una zona de descarga (6) que comprende una parrilla (10) confi gurada para vaciar el producto granular (14) seco de la zona de aloja miento (5) y
- un plenum (7) configurado para acumular el fluido caliente y que comprende una entrada de fluido (8) a la zona de alojamiento (5);
- un medio de canalización del fluido (4) configurados para permitir el flujo del fluido caliente hasta el plenum (7), y
- un sistema de control (13) configurado para regular el flujo del fluido ca liente.
2. El sistema de secado (1) de acuerdo a la reivindicación 1, donde el fluido a ca lentar es aire.
3. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 2 donde los me dios calefactores (2) son un campo de captadores solares.
4. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 3, donde la tolva de secado (3) comprende dos plenum (7a, 7b) simétricos respecto a la zona de aloja miento (5)
5. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 4, donde la zona de alojamiento (5) presenta una configuración trapezoidal.
6. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 5, donde la zona de alojamiento (5) presenta una carga y descarga vertical.
7. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 6, donde la en trada de fluido (8) a la zona de alojamiento (5) es una malla perforada.
8. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 7, donde la zona de alojamiento (5) comprende un sistema de agitación (9) con velocidad regulable con figurado para remover el producto granular (14).
9. El sistema de secado (1) de acuerdo a la reivindicación 8, donde el sistema de agitación (9) es un aspa.
10. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 9, donde el medio de canalización del fluido (4) comprende un cambiador de calor (11).
11. El sistema de secado (1) de acuerdo a la reivindicación 10, donde el cambiador de calor (11) es un cambiador agua-aire.
12. El sistema de secado (1) de acuerdo a las reivindicaciones 10 a 11, donde el cambiador de calor (11) está conectado a una caldera (12).
13. El sistema de secado (1) de acuerdo a la reivindicación 12, donde la caldera (12) es una caldera de biomasa.
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