Cómo elegir una bomba de vacío para aplicaciones de secado
Fundamentalmente, debemos distinguir entre el secado a corto plazo y los procesos de secado que pueden requerir varias horas o incluso días. Independientemente de la duración del secado, todos los procesos correspondientes se llevan a cabo de forma aproximadamente similar a como se indica en la página correspondiente.
Como ejemplo de una aplicación, se referencia el secado de sal, un proceso (a corto plazo) de eficacia más que demostrada.
Secado de sal
El proceso consiste, primeramente, en secar 400 kg (881 lb) de sal finamente disgregada con aproximadamente un 8 % de contenido de agua en el menor tiempo posible (alrededor de 1 hora) hasta que el contenido de la masa de agua sea inferior al 1 %. La evolución del agua se prevé que sea de unos 28 kg (61 lb). La sal presente en la cámara se agita de forma continuada durante el proceso de secado y se calienta hasta aproximadamente 80 °C (176 °F). En la Fig. 2.78 aparece un diagrama esquemático del sistema de vacío.
Fig. 2.78: Diagrama de vacío para el secado de sal. Combinación de bombeo que consta de una bomba de lóbulos, un condensador y una bomba de émbolo giratorio para el cambio gradual del proceso de bombeo.
- Cámara de vacío rellena de sal
- Bomba de lóbulos
- Condensadores
- Válvula de estrangulación
- Bomba de paletas rotativas
En el primer cuarto del lapso que abarca el tiempo de secado evoluciona bastante más de la mitad de cantidad de vapor de agua. Por tanto, es el condensador el que hace las veces de bomba principal. Como consecuencia de la elevada temperatura del vapor de agua y de su altísima presión al comienzo del proceso de secado, la eficiencia de condensación del condensador incrementa notablemente. De la Fig. 2.78 se deriva que un condensador de 2 m2 de superficie de condensación es capaz de condensar aproximadamente 15 l (3 galones) de agua a una temperatura de admisión de 100 mbar en un lapso de 15 minutos. No obstante, durante este proceso inicial debe verificarse que la presión del vapor de agua en el puerto de admisión de la bomba rotativa no supere el valor de tolerancia al vapor de agua de 60 mbar. Para verificar que sea así, se hace uso de una válvula de estrangulación para regular la presión de admisión de las bombas de paletas rotativas. Puesto que en esta etapa la bomba auxiliar solo tiene que bombear la pequeña parte que suponen los gases no condensables, basta con usar una bomba de paletas rotativas SOGEVAC SV65B. Prolongar el proceso da pie a una reducción de la evolución del vapor de agua y la presión de este en el condensador. Una vez que la presión del agua de la cámara haya caído por debajo de los 27 mbar, se enciende la bomba de lóbulos. De este modo, el vapor de agua se bombea con mayor rapidez para extraerse de la cámara, aumenta la presión de los condensadores y, de nuevo, incrementa la eficiencia de condensación de estos. Los condensadores quedan aislados por acción de una válvula cuando su vapor de agua alcance el correspondiente valor de presión de vapor de saturación. En este momento, la presión de vapor de agua en la cámara es de apenas unos 4 mbar y el bombeo se lleva a cabo mediante la bomba de lóbulos con una bomba auxiliar de gas ballast hasta que la presión de vapor de agua haya alcanzado aproximadamente los 0,65 mbar. La experiencia dice que es en este momento que la sal habrá alcanzado el grado de sequedad deseado.
La tecnología actual de las bombas secas permite llevar a cabo el mismo proceso sin necesidad de la válvula de estrangulación. Por ejemplo, con una bomba de tornillo seca VARODRY VD65, el proceso podría realizarse sin las complejidades que supone el regular la presión obligatoriamente. Durante las primeras etapas del proceso, la tolerancia al vapor de la bomba se supera en poco tiempo, lo que provoca una cierta condensación de agua dentro de la bomba; la VARODRY la expulsará por bombeo posteriormente y se secará posteriormente cuando la presión se haya reducido.
Secado de papel
Si las bombas deben ser de la envergadura correcta para un proceso más largo, resulta práctico dividir el proceso en secciones características. A modo de ejemplo se ofrece una explicación del secado de papel con un 8 % de contenido de humedad inicial y un depósito con un volumen V.
1. Evacuación
La bomba auxiliar debe tener una capacidad nominal adecuada en lo que respecta al volumen del depósito y el tiempo de bombeo. Este tiempo de bombeo se dispone conforme a la duración que se desee para el proceso: si fuera necesario terminarlo en cuestión de 12-15 horas, este tiempo de bombeo no debería prolongarse más allá de 1 hora. Es posible calcular la envergadura de la bomba auxiliar con gran facilidad siguiendo las instrucciones de la página correspondiente.
2. Secado previo
Durante el secado previo, en función de la región de presión en la que se realice el trabajo, se elimina aproximadamente el 75 % de la humedad. Este secado previo debe abarcar el primer tercio del lapso de secado. La velocidad a la que debe llevarse a cabo el secado previo depende casi exclusivamente de la suficiencia del suministro de calor. Para el secado previo de 1 tonelada de papel en 5 h se deben evaporar 60 kg (132 lb) de agua, es decir, se necesita un gasto energético de unos 40 kWh para evaporarla. Puesto que el papel debe calentarse a una temperatura de unos 120 °C (248 °F) al mismo tiempo, debe suministrarse una media de unos 20 kW. La evolución media del vapor por hora es de 12 kg (26 lb). Por lo tanto, debería bastar con un condensador de 15 kg (33 lb)/h de capacidad. Si el calentamiento previo del papel es suficiente (por ejemplo, por secado mediante circulación de aire) antes de procederse a la evacuación, debe tenerse previsto el doble de evolución del vapor durante la primera hora de secado.
3. Secado principal
(2.37)
(2.38)
Si ya durante la segunda etapa la presión en las 5 h siguientes debe reducirse de los 20 a aproximadamente los 5,3 mbar y es necesario eliminar el 75 % de la humedad total (esto es, el 19 % de humedad total de 15 kg [33 lb]), conforme a las Ecuaciones (2.37) y (2.38), la velocidad de bombeo de la bomba debe ser de
Según la ecuación 1.7, 15 kg (33 lb) de vapor de agua corresponden a 15 °C (59 °F) a una cantidad de vapor de agua de
Por lo tanto, la bomba de lóbulos sería la bomba adecuada. La humedad restante admisible en el producto determina la presión final alcanzable. La relación entre la presión final y la humedad restante es fija (y distinta) en los distintos productos. Leybold cuenta con numerosos años de experiencia en este ámbito. Supongamos que la cantidad necesaria es de un contenido de humedad residual del 0,1 %, cuya presión final necesaria es de 6 · 10-2 mbar. Durante las últimas 5 horas se elimina el 6 % restante del contenido de humedad, o 5 kg (11 lb) de agua. A una presión media de aproximadamente 0,65 mbar, se produce una evolución de 2000 m3/h de vapor. Hay dos posibilidades:
a) Se continúa trabajando con la bomba de lóbulos indicada anteriormente. La presión final total se asienta en un valor en función de la cantidad de vapor de agua en evolución. Se espera hasta que se alcanza una presión de unos 6,5 · 10-2 mbar, lo que, como cabría esperar, tarda más tiempo.
b) Desde el principio se elige una bomba de lóbulos de envergadura algo superior (por ejemplo, resulta adecuada una con una velocidad de bombeo de 2000 m3/h). Para grandes cantidades de papel (p. ej., 5000 kg [11 023 libras]), resultará apto un sistema de bombeo tal que a una velocidad de bombeo de vapor de agua de hasta 20 000 m3/h reduzca automáticamente la presión de 27 a 10-2 mbar. El tiempo total de secado necesario se reduce notablemente de usarse estas bombas.
Fundamentos de la tecnología de vacío
Descargue nuestro libro electrónico "Fundamentos de la tecnología de vacío" para descubrir los procesos y elementos esenciales de las bombas de vacío.
Referencias
- Símbolos de vacío
- Glosario de unidades
- Referencias y fuentes
Símbolos de vacío
Un glosario de símbolos comúnmente utilizados en diagramas de tecnología de vacío como representación visual de tipos y piezas de bombas en sistemas de bombeo
Glosario de unidades
Una descripción general de las unidades de medida utilizadas en la tecnología de vacío y el significado de los símbolos, así como los equivalentes actuales de las unidades históricas
Referencias y fuentes
Referencias, fuentes y lecturas adicionales relacionadas con los conocimientos fundamentales sobre la tecnología de vacío
