Los modelos de reactores que abajo pueden apreciarse fueron desarrollados en la Universidad Agraria, forman parte del proyecto discutido en este blog hace dos meses. He aquí la primera propuesta, que está destinada al ámbito urbano y serviría (como bien mencionamos) para reciclar aceites usados en los restaurantes.
El tanque superior (donde se procesa el metóxido) tiene una capacidad de 15 litros mientras que el tanque inferior (el reactor propiamente dicho) es de 60 litros y están realizados en acero inoxidable.La segunda propuesta está dirigida al sector rural ,de manera más precisa (pero desatinada) a las comunidades aisladas de nuestra Amazonía, he aquí el reactor:
En este caso se ha adaptado un barril de acero de 50 litros para éste propósito, y , desde luego, sin modificaciones como puede observarse.La primera propuesta posee la ventaja fundamental del “fondo cónico” en los recipientes. Dicha característica permite aprovechar la ventaja de la presión hidrostática, que, aunada a la reducción del área de salida, incrementa la “velocidad de descarga” y de este modo puede gobernarse adecuadamente la evacuación tanto de la glicerina como la del biodiesel resultantes del proceso.
¿Y cuál es el ángulo adecuado?, el fondo plano no nos garantiza un completo vaciado del depósito, y mucho más si consideramos que estamos trabajando con líquidos altamente viscosos. Esto mismo se dá al utilizar un ángulo de cono muy pequeño.
Utilizando las ecuaciones básicas de Bernoulli y la de continuidad de flujo se obtiene el siguiente resultado:
Tomemos por ejemplo el caso de que deseáramos adaptar un típico barril petrolero de 50 galones (≈13 litros) como reactor para producir nuestro biodiesel.Sus dimensiones aproximadas son r1=11,375” ≈ 0,289 m ; H ≈ 90cm =0,9m.
Supongamos que simplemente le practicamos un orificio de ½ pulgada de diámetro, luego tenemos un radio r2 = ¼ “ ≈ 0,00635 m
Reemplazando entonces los datos geométricos de nuestro barril en la ecuación y variamos el ángulo entre 30° y 75°. Obtenemos entonces:
No obstante lo burdo que podría resultar este modelo matemático (no estamos tomando en cuenta la viscosidad), nos da una pequeña idea de la importancia de este asunto.Puede leerse en algunos artículos relativos a la construcción de reactores que “a mayor profundidad del cono se obtendrán mejores resultados” y se recomienda un “ángulo de cono” de entre 45° y 52° según el volumen de la parte recta del cilindro. Evidentemente que podemos usar un ángulo mayor, pero reduciendo la altura “H” de la parte recta del tanque.
¿Cuál es el espesor adecuado del acero inoxidable para los tanques de proceso y de lavado?.
Nosotros recomendaremos de manera especial la norma API (American Petroleum Institute) 650 para tanques de almacenamiento que establece:
H (altura) y D (diámetro) están en pies (simplemente dividimos por 0,3048 para convertir nuestros metros).
Ge (gravedad específica del fluido) podremos asumirlo igual a 1.26 (glicerina muy viscosa).
Este resultado es para tanques cuyo diámetro sea inferior a 50 pies (15 metros). Es muy raro que requiramos de diámetros mayores.
Así , reemplazando los datos de nuestro barril petrolero (H = 0,9m y D = 0,571m) requeriremos una plancha de acero inoxidable de t = 0,068” ≈ 1,7 mm si deseamos construirle un fondo cónico o bien para construir un nuevo tanque.
DIMENSIONES PARA EL REACTOR
La relación de volúmenes entre el tanque reactor y el de metóxido debe ser aproximadamente de 10/3 (según los cálculos experimentales en nuestro artículo anterior). Aquí los amantes de la geometría tienen una bonita oportunidad de aplicar diligentemente sus conocimientos.
El volumen deseado es decidido de antemano, bien podría diseñarse y construirse completamente el reactor, como también podría adaptarse un barril de acero (tal fue el caso del proyecto de la UNALM), pero es necesario agregar un fondo cónico por las razones ya expuestas.
Suponiendo que estamos en el primer caso. El volumen de la parte de nuestros tanques lo calculamos usando V1 = π (D al cuadrado)H y la parte cónica V2 = (1/12 )π (D al cuadrado) h (h = altura de la parte cónica). No tenemos más que jugar con valores para D y H (en metros).
El volumen final de nuestro recipiente se estimará entonces con V = V1 + V2, haciendo la conversión de unidades respectiva (metros cúbicos a litros o galones).
Para tener en cuenta: 1 metro cúbico = 1000 lts. = 264,18 galones USA
No tenemos más que jugar con valores para D y H, de acuerdo al volumen final deseado V. La altura “h”, como vimos, dependiente del ángulo α, ya que h = (D/2)tanα , pero, en la práctica dicho ángulo es difícil de obtener “exactamente como lo queremos”.
He aquí cómo se desarrolla la parte cilíndrica en la plancha de acero, Para nuestros fines es suficiente redondear el π = 3,14.. Su perímetro será: P1 = πD
Para la parte cónica es necesario haber decidido el ángulo α, con el cual calcularemos “h” pues lo que requerimos realmente es la “generatriz del cono” que designaremos como “hi” y será calculado con nuestro teorema de Pitágoras:
Ahora desarrollamos nuestro conito de la siguiente manera. Con radio “hi” trazamos un círculo sobre la plancha de acero. Este círculo tendrá un perímetro P2 = 2πhi.
La diferencia de perímetros P2 – P1 nos dará como resultado el arco “ab”, que a su vez nos servirá para calcular el angulo β, base del desarrollo del cono.
Para quien conoce de éstos menesteres es muy sencillo este procedimiento, pero para quien no tiene mucha práctica debe entrenarse primero con pedazos de cartón.
Las planchas cortadas y roladas deberán soldarse. Aquí vamos a dar el ejemplo de cómo procederemos en el caso de que decidamos introducir un fondo cónico en nuestro barril petrolero de 50 galones, ya conocemos las dimensiones básicas.
Si no tenemos un compás bastante grande, se puede improvisar uno con un clavo, un rotulador y cordel que no se deforme al tirar, o mejor, alambre fino. Enrollar uno de los extremos del alambre en el clavo, y el otro en el rotulador, cerca de la punta en ambos casos, con la longitud del alambre entre ellos igual al radio del círculo; es un poco difícil conseguir la distancia exacta. Sujetar el clavo a algo para mantener el alambre tirante y enrollar o desenrollar un poco del rotulador. Hacer una pequeña muesca en el centro de la chapa donde pueda encajar la punta del clavo. Dibujar el círculo con cuidado, manteniendo el rotulador y el clavo totalmente verticales.
Si no es factible o es muy costoso el rolado puede probarse doblar la chapa con forma curva empleando un rodillo. Un buen motivo para hacer el agujero de la válvula al principio es que así el rodillo puede atravesar el agujero y es más cómodo. Prueba con un segmento de tubo de acero de diámetro 2 cm y medio metro, o más, de largo.
Lo próximo será el análisis de elementos estructurales para todo nuestro equipo y que será materia del siguiente artículo. Por la atención brindada, muchísimas gracias y ¡hasta el mes que viene!.
