Fuente: ENGORMIX
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Fecha: 25 de Junio de 2019
Autor/es: Alejandro Karcz, Ingeniero Mecánico. Venezuela
En la industria del rendering, hay una variedad de equipos que agregan valor a la materia prima. Uno de los más importantes es el cocinador, cooker o digestor; el valor que agrega este equipo sobre la producto final casi siempre es explicado coloquialmente como el de “cocinar” la materia prima cruda y transformarla en una masa cocida. Pero, ¿qué es cocinar?; Es un concepto difícil de definir con precisión.
En la industria del rendering, hay profesionales que trabajan todos los día con estos equipos. Enfrentan retos para lograr que el proceso entregue los resultados esperados. Para ello, requieren entender lo mejor posible los procesos que ocurren internamente para aplicar los conocimientos que hay sobre las variables y controlarlas con el propósito de maximizar lo que interese, bien sea, calidad, consumo energía, productividad, etc.
Siempre de la experiencia de los operadores viene la primera explicación de lo que es un cocinador, pero para un ingeniero, puede estar algo incompleta y carente de precisión. Al buscar en internet, nos encontramos que no está catalogado dentro de ningún operación o proceso unitario, de allí, la justificación del presente escrito. ¿Qué es un Cocinador, cooker o digestor?
Se trate de un proceso dry render o wet render, estamos de acuerdo que es un intercambiador de calor, ya que cedemos calor desde una corriente caliente de vapor saturado o aceite térmico hacia una corriente “fría” de materia prima cruda. En este proceso de calentamiento, se separa la fase acuosa en forma de vapor de agua o vahos como también lo conozco y es enviado a los aero condensadores o termo destructores.
El tipo de intercambiador de calor que mejor se adapta a las condiciones geométricas de los equipos que comúnmente observamos en la industria es el de carcaza y tubos de un solo pase. Esto es importante tenerlo claro, cuando se quiere entender como lo afectan las condiciones del fluido térmico. Cuando se trate de cocinadores que tienen eje y casco calefaccionado, se recomienda que los traten como dos (2) intercambiadores individuales y en paralelo, cada uno con su propio consumo de calor y cada uno con su propio sistema de manejo de condensados en el caso de usar vapor de agua.
Algunos fabricantes reportan capacidad de evaporación, ya que es posible medir el condensado cuando se quieren hacer pruebas de capacidad, pero es un evaporador? La respuesta es no, ya que el objetivo de éstos es el de separar un solvente (-agua-) de una solución con el objetivo de concentrar.
Es normal asumir que el cocinador es un evaporador, ya que el porcentaje de humedad que ingresa al equipo con la alimentación supera en ocasiones el 70% en peso, especialmente si no se escurre correctamente antes de ingresar al equipo. La razón por la que no puede ser considerado como un evaporador, radica en que en los evaporadores, la concentración del solvente no puede bajar más allá del 60%, ya que comenzamos a tener problemas de flujo, es decir, dejamos la zona de fluido newtoniano y entramos a la zona de flujo no newtoniano. Para poder continuar el proceso, y reducir aún más la humedad, pero manteniendo condiciones de transferencia de calor, se debe ingresar sebo suficiente que permita mantener el “movimiento” de la masa dentro del equipo.
Al hacer una representación y expresarla en términos de las variables de un secador el modelo se ajusta notablemente a la realidades observadas dentro de estos equipos.
Tendremos una corriente caliente que cede calor a la corriente “fría”, que es la masa de materia prima que buscamos secar o cocinar.
En el diagrama, representamos por “y” a la corriente de vapor saturado de caldera que entra al cocinador con una temperatura t2 y una calidad y2 , luego de ceder energía, sale con una temperatura t1 y calidad y1, generalmente apreciamos condensado de vapor de caldera con mucha menos entalpia.
Por otro lado, entra una corriente de masa cruda, a una temperatura ts1 y humedad x1 y luego de “tomar” la energía proveniente del vapor, sale del cocinador a una temperatura ts2 y humedad x2. En el proceso, se evapora la humedad contenida en la materia prima. El producto de esta transferencia de calor es la liberación al sistema de aspiración de vahos de la fracción húmeda, quedando lo que podríamos simplificar como las fracciones lapidas (sebo) y solidas (Proteínas y huesos).
A lo largo del cocinador podremos identificar tres zonas, donde ocurren procesos. En el grafico el Eje Vertical representa las temperaturas de la corriente caliente y fría a lo largo del equipo. El eje horizontal, representa la longitud en metros desde que el material entra al equipo hasta sale.
En la zona I, entra la materia prima, con puede ser 65% o 70% de humedad, inicia el aumento de temperatura desde la temperatura del ambiente, hasta la temperatura (A’) donde comienza la saturación del agua que rodea superficialmente a los trozos de material.
Luego se inicia lo zona II, donde, típicamente ocurre la evaporación de la mayor parte de la humedad superficial. En algún lugar de esta zona, es donde debe agregarse el sebo, para mantener las condiciones de transferencia de calor, ya que se baja de porcentajes de humedad del 50% ó 40%. Esta zona se extiende hasta que se agota toda la humedad superficial de los trozos de materia prima, llegando al punto B’.
En la zona III, se observa un aumento de la temperatura, debido a que toda la humedad superficial ha sido evaporada y se debe “forzar” a que la humedad dentro de los trozos de materia prima “fluya” hacia la superficie, este proceso es básicamente por difusión. Generalmente se llega hasta los 120°C o incluso 140°C en el Dry Render de bobino.
En este punto la humedad dentro de los trozos de materia prima es baja o nula.
Para que la evaporación de la humedad superficial se dé, es imprescindible el control de las variables sicrométricas dentro del equipo.
Como puede observarse en la figura de arriba, se representa la línea de saturación en función de la temperatura “t” y fracción húmeda “Y”. La entrada de la materia prima es en las condiciones indicadas por B el objetivo del proceso es que se llegue a el punto A1, A2 An. En la medida que varía la humedad a lo largo del equipo, es necesario y requerido variar la temperatura de la masa cocida, con el objetivo de bajar la humedad al máximo antes de que la materia prima salga del equipo. Este equilibrio se logra con un adecuado control de la aspiración y sellado del cocinador para reducir al máximo las infiltraciones de aire.
Se concluye que las variables dentro de un cocinador son compatibles con el modelo conocido para la cinética del proceso de secado, con la complicación de controlar las condiciones de flujo newtoniano presentes dentro del equipo.
Las variables que deben ser controladas entonces son:
1) Preparación de la materia prima antes de ingresar al equipo, en términos del drenado y tamaño de los trozos para mejorar la difusión de la humedad en la Zona III.
2) Presión, temperatura y calidad del vapor de caldera que ingresa al equipo y buen diseño y construcción del sistema de manejo de condensados, para lograr la mayor entalpia de vaporización (O condensación) posible.
3) La apropiada adición de cebo para mantener el régimen de fluido newtoniano, sin exagerar, ya que el recalentamiento del mismo le resta calidad que luego reciente el cliente.
4) Manejo apropiado de las aspiraciones para mantener las condiciones sicrometricas a lo largo del proceso que recorre la materia prima.
El presente escrito pretende introducir al lector en las variables que se requieren controlar para lograr los mejores desempeños en sus instalaciones.