Background

De acuerdo a las Figuras 3.1-3.2 se requiere por parte de la tenería adquirir el equipamiento necesario para la puesta en marcha de las alternativas propuestas, las cuales necesitan un equipamiento similar, la diferencia está dada porque en la alternativa I es necesario adicionar un tanque de preparación previo del licor de cromo. La capacidad de producción a nivel piloto se establece como 2000 kg de piel sometidas a curtido. La dosificación de las materias primas se corresponde con lo planteado en la Tabla 1 del Anexo 2 de la carta tecnológica. Por ello se decidió, para realizar la selección, diseño y escalado de este equipamiento agrupar los equipos según: 1. Tanque de almacenamiento.

2. Tanques agitados. 3. Criba vibratoria. 4. Bombas de impulsión.

3.3.1. Tanques de almacenamiento.

Se requiere en ambas alternativas de un tanque de recolección de residual final de curtido. Para su diseño se procede a cuantificar las corrientes involucradas en cada etapa del curtido mediante la aplicación de balances de masa.

Desencalado-rendido:

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47 Tabla 3.7. Balance de masa en la etapa de desencalado-rendido.

Entradas Salidas Piel descarnada: A1= 2000 kg Agua: B1= 4000 kg Sulfato de amonio: C= 40 kg Celesal INP: D =4 kg Bisulfito de sodio: E= 4 kg Tripsol doble: F= 8 kg Piel desencalada: A2= A1+ 3% A1 =2060 kg Residual líquido: R1= 3996 kg. Piquelado: (3.3)

Tabla 3.8. Balance de masa en la etapa de piquelado.

Entradas Salidas Piel desencalada: A2 = 2060 kg Agua: B2 = 4000 kg Sal: G= 120 kg Ácido fórmico: H= 10 kg Ácido sulfúrico: I= 34 kg Piel piquelada: A3 = 6224 kg Curtido: (3.4) (3.5)

Tabla 3.9. Balance de masa en la etapa de curtido.

Entradas Salidas

Piel piquelada: A3 = 6224 kg

Sulfato de cromo (III): J = 130 kg Plenatol: K = 30 kg

Aseptante: L =2kg

Piel curtida: A4 = 2126 kg

Residual líquido: R2= 4260 kg.

Densidad: 1293 kg/m3 (datos de laboratorio). Volumen de residual: V = 3,3 m3

De acuerdo al volumen de residual generado y aplicando un 12% de sobre diseño, el tanque de almacenamiento de residual de curtido tiene una capacidad de 3,7 m3, un diámetro de 1,5 m y una

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48 altura de 2,1 m. Se utiliza como material de construcción acero al carbono recubierto con PVC de espesor de 0,2mm.

3.3.2. Tanques agitados.

Dentro de los tanques agitados se encuentran: tanques para la preparación de licor de cromo y tanque de regeneración de residual.

Tanque para preparación de licor de cromo: Se debe instalar con el objetivo de preparar previo al proceso de curtido la disolución a añadir en sustitución del sulfato de cromo (III) sólido. Serán instalados 3 tanques con funcionamiento en serie.

Tanque de regeneración de residual: El objetivo de instalar este tanque es estabilizar el pH entre 2,8-3 para su entrada como baño fresco al siguiente ciclo de curtido, acondicionándolo con el ácido sulfúrico y la sal en proporción adecuada.

Selección del tipo de agitador:

En todos los casos se selecciona un agitador de paletas teniendo en cuenta las propiedades de las mezclas a agitar así como su densidad y viscosidad.

Estos agitadores de paletas se usan ampliamente en la industria química cuando el grado de agitación necesario es pequeño o no puede ser creado un alto grado de agitación. Generalmente se usan para el mezclado en sistemas con viscosidad menor que 10000 centipoise y con velocidades iguales o menores que 150 rev/min (Rosabal.J and Garcell.L, 2006). Además las ventajas principales de estos agitadores son la sencillez de su estructura y el bajo costo de fabricación. (Kasatkin.A, 1981).

Las dimensiones del agitador se determinan según los criterios de (Kasatkin.A, 1981) que están expuestos en el Anexo 3.

Metodología para el escalado:

Para desarrollar el escalado de este tanque se consideró el principio de similitud geométrica en ambas escalas.

Según (Bisio.A and Kabel.R, 1985), (Curbelo.A, 1993), (Cañizares.T, 1997) el criterio de escalado más usado para procesos controlados por carga y en los que la tarea fundamental es el mezclado de los líquidos, es el de potencia por unidad de volumen (P/V) constante. En todos los casos se asume que (´) representa la escala prototipo. La descripción de esta metodología está referida en el Anexo 3.

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49 A partir de las pruebas realizadas a escala de laboratorio, en la Tabla 3.10 se muestran los datos de los tanques agitados para el modelo.

Tabla 3.10. Datos del modelo según pruebas de laboratorio. Parámetros Tanque de preparación de licor

de cromo

Tanque de regeneración de residual

Volumen total (L) 1,0 0,70

Diámetro (m) 0,08 0,08

Diámetro del impelente (m) 0,0528 0,0528

Velocidad de agitación (min-1) 500 500

Altura (m) 0,2 0,14

Aplicando el principio de similitud geométrica según la Ecuación 3.6 se obtienen las relaciones referidas en la Tabla 3.11.

(3.6) Tabla 3.11. Relaciones obtenidas al aplicar principio de similitud geométrica.

Equipos Modelo Prototipo

Tanque de preparación de licor de cromo V = 1 L Ht = 0,8 * Dt Di = 0,66 * Dt V = 2426 L Ht´ = 0,8 * Dt´ Di´ = 0,66 * Dt´

Tanque de regeneración de residual

V = 0,7 L Ht = 0,8 * Dt Di = 0,66 * Dt V = 4144 L Ht´ = 0, 8* Dt´ Di´ = 0,66 * Dt´

Estas relaciones permiten aplicar el criterio de escalado seleccionado para determinar la velocidad del agitador. Los resultados obtenidos se refieren en la Tabla 3.12, haciendo uso de la Ecuación 3.7. Según criterio P/V constante:

(3.7) Tabla 3.12. Velocidad de agitación a escala piloto.

Equipos Velocidad de agitación

Tanque de preparación de licor de cromo N´ = 87, 6 min-1 Tanque de regeneración de residual N´ = 72 min-1

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50 Con relación al Reynolds de mezclado (Rem) se conoce que las propiedades físicas no cambian en ambas escalas y de acuerdo a los datos de velocidad de agitación en el prototipo se determina el Rem´ según la Ecuación 3.8. La Tabla 3.13 reporta estos resultados.

(3.8) Tabla 3.13. Reynolds de mezclado según criterio P/V constante.

Equipos Rem para el

modelo

Rem´ para el prototipo Tanque de preparación de licor

de cromo

Rem = 2,74*104 Rem´ = 1,85*106

Tanque de regeneración de residual

Rem = 3,53*104 Rem´ = 2,78*106

Con estos resultados se obtienen las características geométricas y los parámetros fundamentales de diseño de estos tanques agitados en el prototipo. Los resultados se muestran en la Tabla 3.14.

Tabla 3.14. Datos obtenidos del prototipo.

Parámetros Tanque de preparación de licor de cromo Tanque de regeneración de residual Volumen total (L) 2426 4144 Diámetro (m) 1,57 1,87

Diámetro del impelente (m) 1,04 1,23

Velocidad de agitación (min-1) 87,6 72

Altura (m) 1,25 1,5

Potencia (W) 5,7*10-4 9,8*10-4

Según estos resultados de potencia, se utilizará en cada tanque un motor trifásico 220/440 V, frecuencia 60 Hz, potencia nominal de 0,12 kW y velocidad sincrónica de 1800 rpm.

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51 3.3.3. Criba vibratoria.

Se requiere la instalación de una criba debido a que el residual generado contiene restos de piel que pueden provocar interferencias en el proceso de curtido al recircularlo y por ello deben quedar retenidos.

De acuerdo a los resultados obtenidos con la aplicación de las Ecuaciones 7-8 del Anexo 3, se selecciona una criba vibratoria de inercia Modelo: GIT 11, con dimensiones de la superficie de tamizado: ancho: 800mm, longitud: 1600mm; un área de tamiz: 1,28m2; tamaño máximo de los pedazos en la alimentación: 100-150 mm; número de tamices: 1; capacidad: 56 t/h y potencia del motor: 1,7 kW.

3.3.4. Sistema de bombeo.

Para la selección de las bombas se aplicó el procedimiento planteado por (Rosabal.J and Garcell.L, 2006) y se utilizó el software WinCAPS versión 7.51 para la selección del modelo. Se considera en todos los casos que tanto los tanques como el bombo de curtido trabajan a presión atmosférica.

a) Bomba de impulsión: Tanque de preparación del licor de cromo-Bombo de curtido.

En este caso se tuvo en cuenta la selección de 3 bombas acopladas con funcionamiento en serie. Como resultado de la aplicación de la Ecuación 4 del Anexo 4, la carga de la bomba es de 4,3 m y se corresponde al Modelo UP 40-60/2F. Los datos técnicos están reportados en la Figura 2 del Anexo 4. La potencia de la bomba es de 4,8kW.

b) Bomba de impulsión: Tanque de almacenamiento de residual-Tanque de regeneración de residual.

La aplicación de la Ecuación 4 del Anexo 4 permitió determinar que la carga de la bomba es de 4,4 m y se corresponde al Modelo UP 32-25 180. Los datos técnicos del modelo seleccionado se reportan en la Figura 4 del Anexo 4. La potencia requerida es de 3,6 kW.

c) Bomba de impulsión: Tanque de regeneración de residual-Bombo de curtido.

Como resultado de la aplicación de la Ecuación 4 del Anexo 4 la carga de la bomba es de 1,5 m y se corresponde al Modelo UP 40-30 FB. Los datos técnicos están reportados en la Figura 6, Anexo 4. La potencia requerida es de 1,2 kW.