Revista electrónica "Acústica Técnica" http://www .ejta.org
V. N. Khmelev, A. V. Shalunov, R. V. Barsukov, S. N. Tsyganok,
AN Lebedev
Instituto Tecnológico de Biysk de GOUVPO AltSTU, Biysk, 659305, Trofimova, 27, correo electrónico: [correo electrónico protegido]
Estudio de la eficacia del secado ultrasónico
El artículo describe la instalación para el secado por ultrasonidos, que tiene características técnicas mejoradas, logradas mediante el uso de emisores creados y una cámara de secado de forma especial. Se dan los resultados de los estudios experimentales.
confirmando la alta eficiencia de la instalación creada para el secado de materiales porosos capilares. Se muestra que la máxima eficiencia de secado se logra cuando el tratamiento ultrasónico se lleva a cabo junto con el suministro de un agente de secado calentado (no más de 40°C). Esto asegura una reducción en el tiempo de secado y una reducción en los costos de energía en un 20%.
Palabras clave: secado, ultrasonido, sistema oscilatorio, cámara de secado, procesamiento de productos agrícolas.
INTRODUCCIÓN
Actualmente, los más utilizados para el secado de diversos materiales son los secadores convectivos (térmicos), caracterizados por un alto consumo energético, un gran porcentaje de rechazos por sobrecalentamiento o secado desigual y un largo proceso de secado.
Una de las formas más efectivas de solucionar este problema es la implementación del proceso de secado debido al impacto energético de las vibraciones ultrasónicas (US) de alta intensidad. Este efecto no conduce al calentamiento del material seco. Debido a esto, el secado ultrasónico es la única forma posible de secar productos sensibles al calor, termolábiles y fácilmente oxidables. Además, el procesamiento de materias primas por vibraciones ultrasónicas afecta favorablemente las propiedades del producto para el consumidor (por ejemplo, conserva el sabor de los productos, aumenta la vida útil y la germinación de las semillas, etc.). Sin embargo, recientemente, algunos investigadores presentan los resultados de experimentos que indican la ineficiencia del secado por vibraciones ultrasónicas en el modo sin contacto (sin contacto directo del emisor con el material que se seca). La razón de esto, según los autores del artículo, es la imperfección de los diseños de los emisores utilizados y la ausencia de cámaras de secado especializadas que proporcionen una amplificación resonante de las vibraciones ultrasónicas.
1. EQUIPOS DESARROLLADOS PARA SECADO POR ULTRASONIDOS
Para implementar el proceso de secado mediante vibraciones ultrasónicas, se diseñó y construyó una planta de secado ultrasónico de tamaño pequeño con una cámara de forma especial y un sistema oscilante ultrasónico con un radiador de disco. El equipo desarrollado permite realizar el proceso de secado a una temperatura del agente secante, que es aire calentado, no superior a 40 °C.
La forma de la cámara de secado proporciona amplificación resonante y distribución uniforme de las vibraciones ultrasónicas emitidas por ambos lados del disco sobre toda la superficie del material a secar, ubicado sobre paletas. Las direcciones de propagación de las vibraciones ultrasónicas y los flujos de aire en la cámara se muestran en la Fig. . uno.
Arroz. 1. Diagrama estructural del secador ultrasónico
La instalación creada consiste en un emisor de vibraciones ultrasónicas en forma de disco oscilante de flexión conectado a un transductor piezoeléctrico. Las dimensiones y la forma del transductor y el disco se eligen a partir de la condición de proporcionar una frecuencia y dirección de radiación dadas. El transductor piezoeléctrico está alimentado por un generador de oscilación eléctrica de frecuencia ultrasónica (no mostrado en la Fig. 1).
El cuerpo de la secadora consta de reflectores superior e inferior, que se muestran junto con el emisor en la fig. 2. El reflector superior (tapa) es desmontable y está diseñado para cargar el material a secar.
Arroz. 2. Reflectores de la cámara de secado superior (a) e inferior (b)
En el cuerpo de la secadora se encuentra un contenedor para el material a secar, compuesto por tres paletas anulares, cuyo aspecto se muestra en la Fig. 3. Las paletas se colocan horizontalmente, a una distancia vertical de 30 mm entre sí.
Arroz. Fig. 3. Aspecto de los palets para colocar el material a secar (a) y su colocación en el volumen de la cámara de secado (b)
El aspecto de la planta de secado ensamblada con el sistema de control y el generador de oscilaciones eléctricas de frecuencia ultrasónica se muestra en la fig. 4.
Arroz. 4. Aspecto de la secadora
Para confirmar la efectividad de la planta de secado creada, se llevaron a cabo una serie de experimentos. En la etapa inicial, se estudió la distribución del nivel de intensidad de radiación ultrasónica en el volumen de la cámara de secado. El tamaño y la uniformidad de la distribución de la intensidad de la radiación ultrasónica dependen, respectivamente, de la velocidad y calidad del secado del material.
2. DETERMINACIÓN DEL NIVEL DE INTENSIDAD DE LAS VIBRACIONES ULTRASONICAS
Para determinar el nivel de intensidad de las vibraciones ultrasónicas en la cámara de secado desarrollada, se llevaron a cabo dos tipos de experimentos:
Medición del nivel de intensidad de vibración sin la tapa superior de la cámara de secado a diferentes distancias del emisor;
Medida del nivel de intensidad de vibración en un volumen cerrado con la tapa superior cerrada. Al mismo tiempo, debido a las dimensiones especialmente calculadas de la cámara de secado, se debe garantizar el régimen de ondas estacionarias en todo el volumen de la cámara de secado.
Para las mediciones, se utilizó un medidor de nivel de sonido especializado, que tiene rangos extendidos de frecuencia (hasta 30 kHz) y amplitud (hasta 153 dB). En la fig. La figura 5 muestra gráficas de la distribución del nivel de intensidad de las vibraciones ultrasónicas a lo largo del eje del emisor para el primer caso.
Arroz. 5. Distribución del nivel de intensidad de las vibraciones sonoras sobre la superficie
emisor de disco: a - a una distancia de 250 mm del emisor; b - a una distancia de 700 mm del emisor
De las dependencias presentadas puede verse que el uso del reflector inferior de la cámara de secado hace posible, mediante el uso de la radiación reflejada desde el lado posterior del disco, formar una región de campo de sonido de alta intensidad con un diámetro que es el doble del diámetro del radiador de disco. El nivel de intensidad del campo ultrasónico generado por las vibraciones reflejadas corresponde aproximadamente al nivel de intensidad del campo sonoro primario emitido por la cara del disco.
Las desviaciones de los valores del nivel de intensidad del valor promedio pueden explicarse por la ubicación del reflector inferior en la zona de radiación cercana del lado posterior del radiador del disco que, como es sabido, se caracteriza por un alto grado de sonido. falta de homogeneidad de campo. Este hecho se confirma mediante mediciones del nivel de intensidad del campo sonoro a una distancia de 700 mm de la superficie del radiador del disco, que puede considerarse como una región de campo lejano. Los resultados de la medición presentados en las Figs. 5b e indican fluctuaciones más pequeñas del campo ultrasónico.
La imagen cambia significativamente cuando se mide el nivel de intensidad en el volumen cerrado de la cámara de secado (con la tapa reflectora superior instalada). Los resultados de medición obtenidos en este caso se muestran en las Figs. 6.
I. DB 150 140 130
Arroz. Fig. 6. Distribución del nivel de intensidad de las vibraciones sonoras en el volumen cerrado de la cámara de secado
De los resultados presentados se deduce que se obtuvo un campo casi uniforme en el volumen cerrado de la cámara de secado.
Por lo tanto, la cámara de secado creada proporciona una distribución uniforme de vibraciones ultrasónicas con un nivel de intensidad de 150 dB en todo el volumen interno (proporcionado al configurar el modo de onda estacionaria), que es suficiente para la implementación del proceso de secado ultrasónico. La potencia eléctrica consumida por el generador electrónico no supera los 150 W.
Los estudios realizados confirmaron la eficiencia del emisor de disco desarrollado y el diseño óptimo de la cámara de secado.
Se dedicaron más estudios a determinar los modos óptimos de implementación del proceso de secado ultrasónico.
3. ESTUDIO DE LA EFICIENCIA DEL SECADO POR ULTRASONIDOS
Los parámetros variables durante la investigación fueron: la tasa de suministro del agente secante al volumen de la cámara, la temperatura del agente secante, el tipo (tela, zanahoria, ginseng), la forma y ubicación de las muestras secas dentro de la cámara. cámara de secado.
La eficiencia del proceso de secado se determinó por el contenido de humedad residual de la muestra y su velocidad de secado (la cantidad de humedad eliminada en gramos por segundo, relacionada con la masa de la muestra).
El contenido de humedad inicial y actual de las muestras secas se determinó mediante la siguiente expresión:
donde mmeK es el valor actual de la masa de las muestras;
valor de masa inicial
muestras
La medición del peso de las muestras se realizó mediante pesaje, en una balanza de laboratorio "MW-II", empresa "CAS" con una precisión de 0,1 g.
La velocidad de secado se determinó utilizando la siguiente expresión:
V = -^h-tecnología 100%:
exp inicial general
donde tnach es la masa de las muestras, medida inmediatamente antes del inicio del ciclo de secado; ttek es la masa de las muestras medidas después del ciclo de secado; hex - tiempo del ciclo de secado.
Todo el ciclo de experimentos se dividió en tres etapas principales:
1) determinación del grado de intensificación del proceso de secado por vibraciones ultrasónicas;
2) determinación de la uniformidad de secado del material en diferentes partes de la cámara de secado;
3) determinación de la eficiencia de secado por vibraciones ultrasónicas de diversos materiales.
3.1. El grado de intensificación del proceso de secado por vibraciones ultrasónicas.
En la etapa inicial de los experimentos, se evaluó la contribución al proceso de secado de las vibraciones ultrasónicas de alta intensidad. Como objeto de secado se utilizó tejido de algodón, en forma de tiras separadas con dimensiones de 20x150 mm. Su peso inicial total (húmedo) fue de 3 kg.
En la fig. 7, en forma de histograma, presenta los resultados comparativos de la velocidad de secado obtenida con y sin exposición a vibraciones ultrasónicas. La duración de cada experimento fue de 30 min. La tasa de secado que se muestra en el histograma se promedia durante toda la duración del experimento.
Arroz. 7. Eficiencia de secado por vibración ultrasónica.
A partir de los histogramas de la Fig. 7 se deduce que la exposición a vibraciones ultrasónicas permite aumentar la velocidad de secado ultrasónico de 2 a 6 g/min por kg de masa de la muestra seca a una temperatura de 40 grados centígrados. Al mismo tiempo, el aumento de la velocidad de secado y, en consecuencia, la eficiencia del secado por vibraciones ultrasónicas aumenta con el aumento de la temperatura y el caudal del agente de secado (de 0,25 m3/min a 0,5 m3/min).
Este efecto se puede explicar de la siguiente manera. Con una exposición prolongada (tiempo de experimento 30 min.) de aire caliente al material seco, la tasa de eliminación de humedad de su superficie excede la tasa de suministro de las capas internas del material. Esto conduce a la formación en la superficie del material de una capa con un contenido de humedad reducido, lo que impide una eliminación más eficaz de la humedad.
Cuando se expone a vibraciones ultrasónicas, en el material seco se produce un movimiento de humedad desde las capas internas del material hacia la superficie, en cantidades suficientes para su eliminación efectiva. Esto previene la formación de una capa superficial seca y aumenta significativamente la eficiencia de secado en general.
Por lo tanto, los resultados experimentales anteriores muestran la viabilidad de usar vibraciones ultrasónicas en combinación con el suministro de un agente de secado calentado.
3.2. Determinación de la uniformidad de secado del material.
En esta serie de experimentos, la eficiencia de secado se evaluó por separado para cada uno de los 6 sectores de cada bandeja. Luego se promediaron los resultados sobre todo el palé y se compararon los resultados obtenidos para cada palé. Se usaron muestras de experimentos previos como material a secar. Tiempo de experimento - 30 min.
En la fig. La figura 8 muestra los histogramas del contenido de humedad residual de las muestras de prueba por sectores, para las paletas superior, media e inferior, respectivamente.
Yo KMS Sin KZ
número de sector a)
número de sector
número de sector c)
Arroz. Fig. 8. Distribución del contenido de humedad residual de las muestras por sectores de palet a - palet superior; b - palet medio; c - bandeja inferior
De la fig. 8 se deduce que la uniformidad del secado de las muestras en todos los sectores es aproximadamente igual dentro de un palé. El valor de la humedad residual entre los sectores difiere en no más del 1...3%, lo que indica una temperatura uniforme y un campo ultrasónico dentro de la cámara de secado.
En la fig. 9a muestra los resultados de comparar la humedad residual promediada sobre cada una de las paletas.
Bandeja superior Bandeja intermedia Bandeja inferior Bandeja superior Bandeja intermedia Bandeja inferior
Arroz. Fig. 9. Distribución del contenido de humedad residual de muestras en palets a - secado 30 min; b - volver a secar por otros 30 minutos
El aumento del contenido de humedad residual de las muestras en la bandeja inferior (Fig. 9a), al secarse con vibraciones ultrasónicas, puede deberse a la alta eficiencia de las vibraciones ultrasónicas, que, con un contenido de humedad inicial significativo de las muestras (más de 160 % respecto a la masa de materia seca), a la pulverización de humedad de sus superficies. La humedad atomizada no tiene tiempo de ser eliminada por el sistema de suministro de agente de secado y se deposita en el material ubicado en la tarima inferior.
Este hecho se confirma mediante el secado repetido de muestras con un contenido de humedad inicial igual al valor obtenido en el experimento anterior. Los resultados de este experimento, presentados en las Figs. 9b demuestran una alta uniformidad de secado del material en la cámara, siempre que no haya cavitación por pulverización de humedad desde su superficie. Esto nos permite evaluar la eficacia del secado por ultrasonidos, tanto para muestras situadas en uno de los palets, o parte del mismo, como para la totalidad de la masa del material secado.
3.3. Determinación de la eficiencia de secado por vibraciones ultrasónicas de diversos materiales.
La etapa final de los experimentos tuvo como objetivo determinar la eficiencia del secado por vibraciones ultrasónicas de muestras de diversos productos, formas y tamaños. Se utilizaron como muestras experimentales: zanahorias cortadas en discos calibrados de hasta 28 mm de diámetro y 5 mm de espesor; zanahorias cortadas en barras de 35x5x3 mm; raíz de ginseng entera; raíz de ginseng, cortada en discos de 4,5 mm de espesor. El peso total de las muestras secas de cada tipo fue de 3 kg. Cada tipo de espécimen se sometió a cuatro combinaciones de exposición a la energía en las combinaciones que se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Esquema del experimento
Experiencia 1 Experiencia 2 Experiencia 3 Experiencia 4
Marcador Marcador Marcador Marcador
Suministro de agente secante 0,5 m3/min + + + +
Calentamiento de agente secante (40°С, 1000 W) - - + +
Tratamiento ultrasónico (150 W) - + - +
La apariencia de las muestras experimentales antes del secado se muestra en la fig. diez.
Arroz. 10. Fotos de las muestras utilizadas: a - zanahorias, cortadas en discos; b - zanahorias, cortadas en barras; c - raíz de ginseng; g - raíz de ginseng, cortada en discos
En la fig. 11 muestra la dependencia del contenido de humedad residual de las zanahorias con el tiempo de secado.
Como en el caso del secado de telas de algodón, los resultados experimentales anteriores muestran que en ambos casos, un efecto notable del impacto de las vibraciones ultrasónicas se manifiesta solo cuando se suministra un agente de secado calentado y puede alcanzar 50 g de humedad por 1 kg de secado. masa de la muestra. Al mismo tiempo, el efecto de la exposición ultrasónica aumenta con el tiempo. Esto se explica por el hecho de que cuando se seca solo con aire caliente, se forma una capa con un contenido de humedad reducido en toda la superficie de la zanahoria, lo que impide la eliminación efectiva de la humedad de la superficie.
Tiempo de experimento, lata a)
10 20 Tiempo de experimento, min
Arroz. 11. Dependencia del contenido de humedad residual de las zanahorias en el tiempo de secado: a) - zanahorias, cortadas en discos; b) - zanahorias, cortadas en barras
Con el tiempo, el grosor de esta capa aumenta, lo que reduce aún más la liberación de humedad. Cuando se expone a vibraciones ultrasónicas, esto no sucede. Esto indica que cuando se secan objetos con una estructura porosa capilar, la principal contribución de las vibraciones ultrasónicas al proceso de secado es la transferencia de humedad desde las capas internas del material seco a su superficie, que luego se elimina con un agente de secado.
Al mismo tiempo, el efecto del uso de vibraciones ultrasónicas es más significativo en el caso que se muestra en la Fig. 11b, correspondiente a una mayor superficie de transferencia de masa total.
En la fig. 12 muestra la naturaleza del cambio en el contenido de humedad residual de las muestras de ginseng desde el tiempo de secado.
Arroz. 12. Dependencia del contenido de humedad residual del ginseng en el tiempo de secado a - raíz de ginseng, entera; b - raíz de ginseng, cortada en discos
Gráficos en la fig. 11a indican la baja eficiencia del secado de toda la raíz de ginseng. La contribución a la eficiencia de secado realizada por vibraciones ultrasónicas también resulta ser muy insignificante. No aumenta el efecto introducido por las vibraciones ultrasónicas cuando se calienta el agente desecante. Los resultados obtenidos pueden explicarse por la presencia de una película protectora en la superficie de las raíces de ginseng, la piel, que evita la evaporación activa.
humedad de su superficie, así como la liberación de humedad de las capas internas de las raíces a la superficie bajo la acción de vibraciones ultrasónicas, minimizando así el efecto del uso de ultrasonido. Dependencias en la fig. 11.b, por el contrario, muestran una contribución muy significativa de las vibraciones ultrasónicas a la eficiencia de secado, que puede alcanzar hasta 29 gramos por kilogramo de masa de muestra.
Los resultados presentados de los experimentos nos permiten afirmar que el principal factor impulsor del secado ultrasónico es el efecto del movimiento de la humedad a través de los capilares hacia la superficie que se desarrolla en el campo de sonido.
Para generalizar los resultados obtenidos y comparar la eficiencia del secado ultrasónico de varias muestras, en la Fig. 13 muestra un histograma del contenido de humedad residual de todas las muestras consideradas.
Arroz. 13. Histograma de la velocidad del ojo de varias muestras:
1 - raíz de ginseng; 2 - zanahorias, cortadas en discos;
3 - raíz de ginseng, cortada en discos; 4 - zanahorias cortadas en barras
Así, como resultado de la investigación, se demostró la eficiencia del secado ultrasónico en el secador propuesto y se determinaron las condiciones para asegurar la máxima velocidad del proceso, sin calentar el material a temperaturas superiores a los 40 grados centígrados.
4. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DEL SECADO POR ULTRASÓNICOS
En base a los resultados obtenidos, se realizó una evaluación de la eficiencia energética del secado por ultrasonidos. La valoración se realizó en función de la potencia consumida de la red eléctrica. Se aceptaron los siguientes datos iniciales: potencia eléctrica consumida por el generador ultrasónico - 150 W,
la potencia consumida por el calentador eléctrico del secante es de 1000 W, el tiempo del ciclo de secado es de 30 min, no se tomaron en cuenta los costos de suministro del secante.
El cálculo de la eficiencia del proceso se realizó de acuerdo a la siguiente expresión:
donde P es la potencia eléctrica consumida; d - tiempo del ciclo de secado; m es la masa de humedad eliminada.
Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 2. En la tabla se aceptan las designaciones de las columnas correspondientes a los siguientes tipos de muestras secas: 1 -
tela de algodón; 2 - zanahorias, cortadas en discos; 3 - zanahorias, cortadas en barras; 4 - raíz de ginseng entera; 5 - raíz de ginseng, cortada en discos.
Tabla 2. Comparación de eficiencia energética
Tipo de impacto Cantidad de humedad eliminada, g Eficiencia energética, W min / g
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Suministro de agente de secado calentado 750 315 375 180 330 40 95 80 167 90
Suministro de agente de secado calentado y tratamiento ultrasónico 1050 381 525 210 417 33 90 66 164 83
Exposición ultrasónica 300 66 150 30 87 15 68 30 150 51
Así, los datos presentados en la Tabla 2 dan testimonio de la alta eficiencia del uso de vibraciones ultrasónicas para el secado de diversos productos, lo que en algunos casos reduce los costos de energía en un 20%, manteniendo el tiempo de secado y reduciendo el contenido final de humedad del producto. Los valores dados de eficiencia energética también indican la necesidad de una mayor mejora de los emisores de vibraciones ultrasónicas para aumentar la potencia de las vibraciones generadas. Según los datos obtenidos, esto aumentará aún más la velocidad y reducirá el consumo de energía para el proceso de secado.
En general, el secador ultrasónico desarrollado tiene las características técnicas que se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Características técnicas del secador ultrasónico
Nombre del parámetro Unidad de medida Valor
Potencia consumida por el generador de ultrasonidos W 150
Potencia consumida por el calentador (calentador) W 1000
Dimensiones de la cámara de secado, diámetro, altura mm 850x600
Temperatura máxima de calentamiento del agente secante оС 40
Consumo de agente secante m3/min 0,5
Frecuencia de fluctuaciones ultrasónicas kHz 24
El trabajo fue apoyado financieramente por el Consejo de Becas del Presidente de la Federación Rusa para apoyar a jóvenes científicos rusos - candidatos de ciencias y sus supervisores No. MK-383.2008.8.
CONCLUSIÓN
Como resultado de la investigación, se creó un diseño de una planta de secado ultrasónico que asegura el secado eficiente de materiales y productos termolábiles a una temperatura del agente secante de no más de 40°C con exposición simultánea a vibraciones ultrasónicas de alta intensidad. Al mismo tiempo, un alto grado de intensificación del proceso de secado por vibraciones ultrasónicas (un aumento de hasta 50 g por 1 kg de material seco) permite reducir la temperatura del agente de secado, sin pérdida de calidad y secado. velocidad. Esto último es especialmente importante para las industrias en las que calentar el producto seco es inaceptable o indeseable.
La alta eficiencia del proceso de secado está asegurada gracias al uso de un disco emisor en el diseño del secador, que forma un campo ultrasónico con un nivel de intensidad de al menos 130 dB, y un volumen resonante de la cámara de secado, que proporciona un aumento en el nivel de intensidad hasta 150 dB.
Los resultados de los experimentos muestran las perspectivas y la conveniencia de crear plantas de secado combinadas (convección ultrasónica) con una proporción óptima de la proporción de energía térmica y acústica.
LITERATURA
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Hoy en día, se conocen muchos métodos para el secado suficientemente efectivo de madera y madera acabada, pero cada uno de ellos tiene sus propias características, ventajas y desventajas específicas. Por ejemplo, el secado ultrasónico de la madera es un proceso similar al secado con transportador, en el que la madera adquiere parámetros geométricos y prácticos específicos.
El secado ultrasónico también se llama acústico, este equipo es bastante raro en las empresas. Es un proceso de alta tecnología con el que se puede lograr una excelente calidad con un menor consumo de energía. La tecnología es propiedad de Promin.
Características del secado ultrasónico.
Una característica distintiva del secado ultrasónico es el bajo consumo de energía, lo que a su vez garantiza una eliminación uniforme de la humedad debido a su transferencia de un estado de agregación a otro.
Como resultado, la madera no pierde sus parámetros geométricos, manteniendo su resistencia y asegurando una larga vida útil. Si durante el secado por convección, la madera se seca de manera no uniforme, entonces el método ultrasónico elimina casi por completo este factor, ya que bajo la acción de las ondas ultrasónicas, las moléculas de humedad se calientan en toda su longitud.
El secado ultrasónico de la madera se realiza sin cambiar el estado de agregación de la humedad, lo que permite muchas veces reducir los costos de energía. El agua se elimina del material, estando en estado líquido, y se produce algo de prensado.
Esta tecnología permite aumentar la eficiencia de los equipos en casi un 70% y obtener una madera de calidad suficientemente alta no solo para la construcción de estructuras de carga, sino también para acabados decorativos.
Para aumentar la eficiencia, es posible realizar un secado atmosférico preliminar de la madera para lograr un contenido de humedad uniforme en toda la estructura. Esto asegurará la salida más eficiente de la humedad del material a un costo mínimo.
El secador ultrasónico de madera es un dispositivo separado que se puede combinar con máquinas para trabajar la madera. Para llevar a cabo la eliminación final de la humedad de la madera, esta es arrastrada por un transportador a través de la instalación directamente para su procesamiento.
Este método de procesamiento puede secar hasta un 18% -22% de humedad. Pero como muestra la experiencia de varias empresas, a menudo no es posible secar hasta un 8-12%.
Para una humedad dada, se eligen cámaras de otras tecnologías. por ejemplo cámaras de secado al vacío con alta velocidad de secado y alta calidad de la madera acabada. Puedes comprar cámaras a un precio de 750,000 rublos. Los modelos están publicados en el sitio.
Ver también:
Contenidos Parámetros técnicos de una cámara de secado a vapor Una alternativa a las cámaras de secado a vapor Hoy en día se conocen muchas formas de secar madera aserrada, se obtienen alta calidad y un bajo porcentaje de rechazos. Uno de estos secadores es la cámara de vapor. El secado de madera con vapor es una tecnología bastante eficaz para el tratamiento térmico de varios tipos de madera y con diferente contenido de humedad en su estado original. Y la técnica es […]
Una forma fundamentalmente nueva de secar madera, propuesta por científicos de Nizhny Novgorod, es capaz de revolucionar la carpintería. Esta es la opinión de los expertos. A la fecha se ha desarrollado un prototipo de equipo para secado ultrasónico de madera aserrada, modificación de propiedades de la madera y obtención de materias primas para la industria química y perfumería en un solo proceso tecnológico. No hay análogos de tales equipos en el mundo. Sus desarrolladores, la empresa innovadora "Promin", prometen producir el primer diseño industrial de alto rendimiento en un año y en dos instalar hasta 20 instalaciones en el mercado ruso.
Según los expertos, actualmente no más del 15 % de toda la madera aserrada está sujeta a secado obligatorio en Rusia. La razón de esto es la imperfección de las tecnologías existentes, que se basan en un cambio en el estado de agregación del agua (evaporación) y difieren solo en los métodos para calentar la madera, evaporar el líquido, suministrar la energía necesaria para este propósito y métodos. de eliminar el gas contenido en la cámara de secado. El nuevo método de secado de madera propuesto por los ingenieros de Nizhny Novgorod se basa en un cambio en la naturaleza física del mecanismo para eliminar el líquido contenido en la madera y conlleva una fuerte disminución (varias veces) en el consumo específico de energía del equipo de proceso. Cuando se utiliza tecnología ultrasónica, desaparece la necesidad de consumo de energía para calentar portadores de calor, madera, elementos estructurales de la cámara de secado, etc.
El secado de la madera mediante los métodos actualmente conocidos (termoconvección, vacío, corrientes de microondas, aerodinámico) requiere un alto consumo de energía: 200-250 kW/h por metro cúbico. Esto lleva al hecho de que el costo del secado de alta calidad supera el costo de la madera y el costo de aserrarla. Los métodos tradicionales se caracterizan por la baja productividad, la aparición de defectos en la madera (alabeo, agrietamiento, etc.), la heterogeneidad de la humedad residual a lo largo de la madera ("humedad manchada"), así como la presencia de problemas ambientales. Es la liberación a la atmósfera de humedad de "madera" que contiene ácidos orgánicos, álcalis, trementina, metanol, etc., o productos de combustión de combustibles al calentar el refrigerante necesario para calentar la cámara de secado, o el riesgo de fuga de freón del sistema de refrigeración. sistema para cámaras de secado de condensación.
Las tendencias modernas en la mejora de los equipos de secado son de naturaleza evolutiva y no pueden eliminar fundamentalmente estas deficiencias. Solo es posible mejorar las características de los equipos existentes por unidades o decenas de por ciento. La razón es que el principio físico del secado permanece sin cambios: la evaporación de la humedad contenida en la madera. En este caso, solo podemos hablar de aumentar la eficiencia de todo el complejo de secado mejorando el diseño de la cámara de secado, utilizando nuevos materiales termoaislantes, optimizando los modos de secado, etc.
Las propiedades únicas de la madera como polímero natural con una estructura capilar compleja hacen posible crear una tecnología para secar la madera sin cambiar el estado de agregación de la humedad contenida en ella. Al secar con ultrasonidos, la humedad contenida en la madera se elimina en forma de líquido. Esto reduce varias veces el consumo de energía específico y aumenta la productividad del equipo en un 50-70%.
Con base en los resultados de los estudios realizados por la empresa innovadora "Promin" (el impacto del ultrasonido en las propiedades de la madera), se observó lo siguiente:
- mejorar la calidad de la madera aserrada (eliminación de deformaciones, grietas, etc.);
- destrucción de saprofitos e hifas, alta resistencia a estos últimos después del secado;
- baja absorción de humedad después del secado;
- aumentar las características resonantes de la madera;
- Mayor resistencia a la descomposición.
Otras ventajas importantes de la nueva tecnología son:
- aumento de la productividad del equipo, una fuerte disminución de sus dimensiones, peso y consumo de energía;
- mejora del desempeño ambiental (sin emisiones de sustancias nocivas a la atmósfera y fácil recolección de líquidos liberados de la madera);
- la posibilidad de crear una línea de producción combinada para el secado y procesamiento de la madera y, como resultado, un aumento en los indicadores económicos del proceso de procesamiento de la madera.
La eliminación de la humedad contenida en la madera en forma de líquido puede tener un interés comercial independiente en relación con la producción de materias primas para las industrias química y de perfumería. Actualmente, la humedad contenida en la madera, enriquecida con sustancias útiles y microelementos, se extrae por evaporación seguida de condensación. Esto conduce a un alto consumo de energía y una baja productividad del proceso, e inevitablemente conduce a una pérdida parcial de sustancias valiosas y oligoelementos (se sabe que cualquier transición de fase elimina las impurezas, lo que constituye la base de muchos métodos para obtener materiales puros).
La instalación para el secado ultrasónico de madera aserrada, modificación de propiedades de la madera y obtención de materias primas para la industria química y perfumería en un único proceso tecnológico consta de los siguientes bloques principales:
1. Marco (actúa como estructura de soporte).
2. Mecanismo de extracción de madera:
- accionamiento (motor eléctrico, cajas de cambios, cadenas, engranajes);
- ejes rodantes.
3. Unidad ultrasónica:
- generador ultrasónico;
- Emisor de ultrasonidos.
4. Mecanismo de sujeción:
- madera para el emisor ultrasónico;
- ejes de accionamiento.
La instalación utiliza el principio de transportador de suministro de madera, que también está dictado por el principio físico de impacto sobre esta última, y abre la posibilidad de combinar este equipo con el trabajo de la madera, por ejemplo, con una cepilladora. Esta circunstancia eliminará operaciones como el apilamiento de madera, su carga y descarga de la cámara de secado.
En la fig. 1 muestra un diagrama de bloques de la instalación. El papel de la estructura de soporte en la instalación lo realiza el marco (1), en el que se fijan el mecanismo de tracción de la madera (2), el emisor ultrasónico (3) y el mecanismo de sujeción (5).
1 - marco; 2 - mecanismo de brocha; 3 - transmisor de ultrasonido; 4 - generador ultrasónico; 5 - mecanismo de sujeción; 6 - tablero; 7 - mesa horizontal; 8 - una bandeja para recoger líquido retirado del tablero.
El tablero (6) con la ayuda de un mecanismo de tracción (2) se desplaza a lo largo de una mesa horizontal (7), en la que se encuentra montado un emisor de ultrasonidos (3), alimentado por un generador de ultrasonidos (4). Para reducir la pérdida de la onda ultrasónica cuando se refleja desde la madera, se utiliza el mecanismo de presión (5) del tablero (6) al emisor ultrasónico (3). Para evitar el deslizamiento de la madera, el mecanismo de brocha también cuenta con un mecanismo de sujeción. La onda ultrasónica que se propaga en la madera provoca la liberación de la humedad contenida allí en forma de líquido. Visualmente, se ve así: el líquido sale del tablero moviéndose a lo largo del emisor ultrasónico.
La unidad para el secado ultrasónico de la madera, la modificación de las propiedades de la madera y la obtención de materias primas para las industrias química y de perfumería en un solo proceso tecnológico cumplirá plenamente con los requisitos de GOST y contará con un conjunto completo de documentación necesaria para la operación (descripción , reglamentos de proceso, certificados).
secado acústico es un método de deshidratación del producto mediante un intenso tratamiento ultrasónico. Este es un método cíclico para eliminar la humedad. Durante el procesamiento primario del producto, se elimina la humedad de la superficie y luego, mediante una segunda onda ultrasónica, la humedad se distribuye a través de los capilares. Esto sucede hasta que el producto contiene la proporción requerida de humedad.
El secado acústico ha encontrado una aplicación exitosa en las industrias agrícola, farmacéutica, química y alimentaria. En la agricultura, los cereales, las verduras y las frutas se procesan mediante secado acústico. En la industria alimentaria, el secado acústico se utiliza en la producción de leche en polvo. El uso más extendido del secado ultrasónico se encuentra en la industria farmacéutica. Los medicamentos costosos (polvos, antibióticos, tabletas) se producen en cámaras ultrasónicas. El alto costo de los medicamentos se debe a la alta productividad de los equipos y, en consecuencia, a un alto grado de consumo de energía. En la industria química, el secado ultrasónico se utiliza para producir polvo de carbón. Con la ayuda de tales cámaras, se secan papel, algodón y madera.
Características del secado acústico.
El secado acústico tiene una serie de ventajas: el producto no se somete a tratamiento térmico, se procesa en frío; debido a la ausencia de los efectos de la temperatura, el producto retiene casi todos los nutrientes y vitaminas, no pierde sus propiedades originales y no sufre oxidación.
El secado acústico es la única forma de trabajar con materiales sensibles al calor. Gracias a este método, su estructura se conserva por completo sin perder su forma original.
El secado acústico es un método de procesamiento de alta velocidad. En comparación con el secado al vacío, el secado acústico reduce el tiempo de procesamiento cuatro veces. Esto mejora la calidad del producto terminado.
Tecnología de secado acústico
El material a secar debe tener una estructura capilar-porosa. Los diferentes materiales tienen diferente contenido de humedad, por lo que la intensidad y el número de ondas ultrasónicas se calculan de acuerdo con el porcentaje de humedad del producto.
Si el producto contiene una gran cantidad de humedad, se usa una onda de alta fuerza, como resultado, la humedad es literalmente "sacudida" del producto. Esto se debe a que la onda aparece no solo en la superficie del material, sino también en el interior de los capilares, provocando una intensa pérdida de humedad. 
Si el material capilar-poroso tiene un contenido de humedad moderado, las vibraciones acústicas son más intensas en la primera etapa y menos intensas en la segunda. Durante la primera etapa, la velocidad de secado no cambia, por lo que la humedad se repone constantemente. Las capas superiores del producto lo pierden y las capas inferiores "lanzan" la humedad a la superficie. Por lo tanto, el intercambio de humedad no se detiene hasta que se alcanza el contenido de humedad óptimo.
Durante la segunda etapa, la velocidad de secado disminuye, por lo que el líquido del interior ingresa débilmente y su pérdida ya no se repone o se repone, sino débilmente.
El secado acústico es más efectivo durante la primera etapa del procesamiento del producto. Gracias a él, se mejoran las propiedades físico-químicas y de consumo del producto. Por ejemplo, con el tratamiento acústico de las semillas aumenta su capacidad de germinación.
Por lo tanto, el método de secado acústico es exitoso para algunos tipos de producción y es más efectivo en la primera etapa del procesamiento del producto para aumentar la tasa de intercambio de humedad y mejorar la calidad del producto terminado.
Puede comprarnos equipos para secar productos. La entrega a Rusia y Bielorrusia. .
Científicos de Nizhny Novgorod han inventado un método innovador para secar madera. Los expertos dicen que este es un verdadero avance en la producción de materiales de madera y la construcción de casas de madera.
Hasta ahora, los residentes de Nizhny Novgorod han preparado solo una unidad diseñada para secar madera con la ayuda de ultrasonido, durante la cual se modifican las propiedades de la madera resultante. No hay análogos de tal "secador" en ningún país del mundo.
Métodos de secado de madera en Rusia
La estadística dice que hoy en día sólo se seca el quince por ciento de toda la madera producida en Rusia. La razón de este fenómeno es la imperfección de las tecnologías practicadas, que se basan en un cambio en el estado de agregación del agua (evaporación).
Métodos de secado existentes de toda la madera utilizada para diferentes áreas, incluida la construcción de casas de madera, difieren ligeramente entre sí.
Los métodos pueden cambiar tecnología de calefacción de leña o evaporación de humedad, la calidad de la energía utilizada para ello y formas de eliminar el gas de la cámara de secado.
En condiciones de producción, utilice termoconvección, métodos aerodinámicos y de vacío de secado de madera. También se practica el secado de la madera con corriente de microondas. Todos estos métodos requieren mucha electricidad. Para secar un metro cúbico de material se requiere un promedio de 200 a 250 kWh.
Debido a estos costos, el costo la madera seca supera significativamente el costo de la madera de humedad natural y su procesamiento. El nuevo método permite reducir esta cifra.
Métodos de secado tradicionales no proporcione madera de buena calidad: la deformación y el agrietamiento son característicos de los productos terminados, se puede observar humedad no uniforme ("manchada") a lo largo de toda la pieza de trabajo.
El lado ambiental de la cuestión también es un gran problema.- la producción emite gases tóxicos y humedad de la madera evaporada en el aire, que contiene soluciones de ácidos y álcalis, vapores de trementina, metanol. Los productos de combustión del combustible utilizado para calentar el refrigerante también son peligrosos.
Tecnología ultrasónica
Los desarrolladores de Nizhny Novgorod fueron por el otro lado. Su método propuesto funciona con un mecanismo diferente de eliminación de la humedad. El proceso de secado con la ayuda de ultrasonido ayuda a reducir significativamente el consumo de energía, ya que no es necesario gastarlo en calentar la madera, los portadores de calor y los elementos de instalación.
Posibilidad de secar con la ayuda del ultrasonido se debe a las propiedades de la madera, este polímero natural. Debido a esto, no hay necesidad de cambiar el estado de agregación del líquido contenido en el árbol (convertir el líquido en vapor).
Cuando se usa ultrasonido la humedad se elimina de la madera en su forma original (líquida), lo que reduce el consumo específico de energía en un cincuenta por ciento. Algunos expertos incluso hablan de un ahorro del setenta por ciento.
Ventajas del método de secado ultrasónico
Los productos resultantes se caracterizan por:
- La ausencia de deformaciones y grietas;
- Componente antiséptico (en particular, estamos hablando de la destrucción de saprofitos e hifas en la pieza de trabajo y la posterior resistencia a la reinfección con estos peligrosos hongos);
- Coeficiente mínimo de absorción de humedad;
- Mejorar las propiedades resonantes de la madera;
- Mayor resistencia a los procesos de putrefacción.
Ventajas del equipo ultrasónico:
- Eficiencia incrementada;
- Reducir el tamaño de las unidades de secado;
- El ahorro de energía;
- Simplificación del proceso tecnológico y facilidad de recolección del líquido liberado;
- Mejora de la imagen ambiental de la producción - sin emisiones tóxicas;
- Posibilidad de combinar líneas para el procesamiento y secado de la madera, gracias a lo cual es posible minimizar los costos de producción.
Características del proceso de secado ultrasónico.
La unidad de secado ultrasónico de madera funciona según el principio de cinta transportadora. Esta característica está dictada por las peculiaridades de la metodología. Además, la alimentación por cinta permite combinar el secado del material con el trabajo de la madera.
Combinando diferentes equipos. es posible evitar el apilamiento de productos de madera terminados, su descarga / carga en la "secadora".
Tecnologías aún existentes no permita el uso de este líquido saturado con varios microelementos, ya que durante el proceso de secado simplemente se evaporó.
