Seminario de Secado Jorge
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La transferencia de calor para la desecación se logra por contacto directo entre los
sólidos húmedos y los gases calientes. El líquido vaporizado se arrastra con el
medio de desecación; es decir, con los gases calientes. Los secadores directos se
llaman también secadores por convección.
Este tipo de secado puede darse en equipos con lecho fijo o lecho fluidizado, esto
dependerá del tipo de proceso y para el trabajo que este destinado, siendo el equipo
con lecho fijo el menos eficiente a la hora de obtener una mayor velocidad de
secado, pero el equipo de lecho fluidizado tendrá una mayor aceptación y rapidez,
de igual forma el flujo obtenido es enviado ya seco y con una superficie particular
más esférica, por lo que el producto será más fácil de utilizar y transportar.
Secado por contacto: Este tipo de secado se refiere al tipo de contacto con el
medio calefactor si es de forma indirecta o directa ya sea para un proceso continuo
o por lote. En este proceso el sólido entra en contacto térmico con una superficie
caliente y el grueso de la transferencia de calor se produce por conducción, el
contacto directo de solido húmedo con la superficie, permite una mayor rapidez de
traspaso de calor al sólido, pero causa lo que es la degradación de la estructura y
forma de la masa en contacto.
SECADORES INDIRECTOS
Secadores de cilindro para hojas continuas, como papel celofán, piezas textiles. Por
lo común, los cilindros se calientan con vapor y son rotatorios.
Secadores Indirectos Por lotes: en general los secadores indirectos por lotes se adaptan
muy bien a operaciones al vacío. Se subdividen en tipos agitados y no agitados.
Rotatorios: Un secador rotatorio consta de un cilindro hueco que gira por lo general, sobre
su eje, con una ligera inclinación hacia la salida. Los sólidos granulares húmedos se
alimentan por la parte superior, tal como se muestra en la figura y se desplazan por el
cilindro a medida que éste gira. El calentamiento se lleva a cabo por contacto directo con
gases calientes mediante un flujo a contracorriente.
Secadores Directos Por lotes: se diseñan para operar con un tamaño específico de lote de
alimentación húmeda, para ciclos de tiempo dado. En los secadores por lote las condiciones
de contenido de humedad y temperatura varían continuamente en cualquier punto del
equipo.
Este proceso de secado se lleva a cabo mediante ondas electromagnéticas como las que
proporciona la energía solar. Altas características de ahorro de energía los rayos infrarrojos
suministran directamente la energía sobre el objeto a calentar y la energía no se dispersa
hacia objetos que no lo necesitan, por estas razones permite ofrecer un calentamiento
eficiente con excelentes características de ahorro de energía. Realiza el secado en corto
tiempo de solventes acuosos sujetos a las normas de emisión de sustancias orgánicas
volátiles (VOC). Alta calidad Debido a que no se requiere la ventilación, es escasa la
adherencia del polvo y se logra el secado uniforme. Es alta la controlabilidad debido a que
la fuente de calor está separada del objeto, es posible controlar la cantidad de energía según
el objeto y es posible suministrar las condiciones de secado apropiado de objetos
diversificados
Secadores dieléctricos: El secado dieléctrico se basa en la formación de calor dentro
de las partículas, sin que se tenga transferencia de calor a través de la superficie. La fuente
de energía es una corriente eléctrica de altísima frecuencia alterna generada
entre dos electrodos.
operan sobre el principio de generación de calor dentro de los sólidos, colocándolos dentro
de un campo eléctrico de alta frecuencia.
Los secadores dieléctricos pueden secar masas de materiales de baja conductividad térmica
sin necesidad de ocupar temperaturas excesivas. Su aplicación real y potencial radica en la
completa eliminación de agua ligada a materiales ligada a materiales que presentan un
periodo de secado a velocidad decreciente excesivamente prolongado.
Teniendo en cuenta que en el equipo hay aplicada alta tensión, todas sus partes deben de
estar cuidadosamente aisladas para la protección del personal.
La frecuencia utilizada se encuentra dentro de la gama de las radio ondas, de manera que se
debe instalar una pantalla eléctrica que evite la interferencia con los aparatos de radio y
televisión.
El equipo debe efectuar las siguientes funciones: Convertir la energía de línea de
canalización eléctrica a la frecuencia y tensión requerida
Ventaja de secado dieléctrico:
Su rapidez de secado en el proceso
Tiene un calentamiento bastante uniforme
No es necesario invertir en energía porque no se tiene que calentar ni el aire o
paredes de horno
Su control es más eficaz y sencillo pues basta con controlar la potencia del
generador dando un exacto control de calentamiento
Mejora la calidad de los productos ya que no se generan elevadas temperaturas en la
superficie y a diferencia de los métodos convencionales no se generan
encortamientos ni sobrecalentamientos.
Secado por sublimación o liofilización: Este tipo de secado es bastante utilizado en el área de
alimentos ya que este sirve para tratar productos que no pueden ser sometidos a altas
temperaturas como es el caso de algunos alimentos, en este proceso de secado el producto tiene
que ser congelado antes de ser introducido al equipo porque en eso consiste la sublimación es
pasar de solido a vapor sin pasar por el estado líquido, este proceso se lleva a cabo a bajas
temperaturas y bajas presiones. Este proceso está regido por el punto triple del compuesto que se
desea separar del sólido.
Aplicaciones
-Campo farmacéutico
-Campo alimentario: Yogurt en polvo, frutas, vegetales, mezcla seca, entre otros.
.Microscopia de muestras húmedas.
Equilibrio durante el secado:
a- Isoterma de desorción de la humedad del material.
El contenido de humedad se expresa en base seca: como kilogramo de agua por
kilogramo de sólido sin humedad (completamente seco) o kg H2O/100 kg de
sólido seco; en unidades del sistema inglés se expresa como Ib H2O/1OO lb de
solido seco.
Para algunos sólidos, el valor del contenido de humedad de equilibrio depende de
la dirección en la que se alcance el equilibrio. Los valores de contenido de
humedad de equilibrio varían de acuerdo con que una muestra húmeda se seque
por desorción o bien una muestra seca adsorba humedad por adsorción. En los
cálculos de secado, se usa el valor de equilibrio por desorción, puesto que tiene el
mayor valor y tiene un interés particular.
c- Equilibrio dinámico.
Al igual que en otros procesos de transferencia de masa, el proceso de secado de
materiales se debe considerar desde el punto de vista de las relaciones de
equilibrio y, además, de las de rapidez. En la mayoría de los equipos de secado, el
material se seca al entrar en contacto con una mezcla de aire y vapor de agua.
Una variable importante en el secado de materiales es la humedad del aire en
contacto con un solido de determinada humedad.
Cuando un sólido húmedo se pone en contacto con aire de una humedad inferior a
la correspondiente al contenido de humedad del sólido, dada por la curva de
equilibrio humedad, el sólido tiende a perder humedad y secarse hasta alcanzar el
equilibrio con el aire. Cuando el aire es más húmedo que el sólido en equilibrio con
él, el sólido absorbe humedad del aire hasta que se alcanza el equilibrio.
Los sólidos porosos, como los catalizadores o los adsorbentes a menudo tienen
un contenido apreciable de humedad en equilibrio a una moderada humedad
relativa. Este valor se conoce como contenido de humedad de equilibrio del
material en las condiciones especificadas de humedad y temperatura del aire.
d- Humedad de equilibrio
Humedad del sólido cuando su presión de vapor se iguala a la presión de vapor
del agua en el aire. El aire que entra en un secador no suele estar completamente
seco, sino que contiene algo de humedad y posee una humedad relativa definida.
Para un aire de humedad definida, el contenido de humedad del sólido que sale
del secador no puede ser inferior al contenido de humedad de equilibrio
correspondiente a la humedad del aire que entra. La porción de agua del sólido
húmedo que no puede ser removida por el aire que entra, debido a la humedad de
éste, recibe el nombre de humedad de equilibrio.
e- Formas de enlaces de la humedad con el material
El mecanismo del proceso de secado depende considerablemente de la forma de
enlace de la humedad con el material: cuanto más sólido es dicho enlace, tanto
más difícil transcurre el secado. Durante el secado el enlace de la humedad con el
material se altera.
Las formas de enlace de la humedad con el material se clasifican en: químico,
físico-químico y físico- mecánico.
En estos radiadores se calienta una superficie refractaria o metálica mediante llamas de gas
hasta alcanzar unos 800 ° C.
En un modelo comercial la superficie radiante está formada por una placa metálica que
tiene una temperatura máxima de 340°C, con lo cual presenta su máximo de energía a
4.7μm. Su superficie radiante es calentada en su otra cara por medio de quemadores. Este
equipo está disponible en dos tipos: uno de montaje vertical o inclinado que tiene un área
de radiación de aproximadamente 1m*0.5m y un consumo de gas de 26.4MJ/h=7.33kW, y
otro horizontal con un área efectiva de radiación de 1m*0.6m con un consumo de gas de
46MJ/h=12.8kW.
Secadores dieléctricos
Estos secadores operan bajo el principio de calor dentro de los sólidos, colocándolos dentro
de un campo eléctrico de alta frecuencia.
Se debe tener en cuenta que tanto microondas como infrarrojos no son formas de calor sino
son energías que se manifiestan como calor, calentando al material mismo, siendo diferente
al calentamiento por métodos convencionales, ya que estos dependen de la lentitud del
calentamiento que va desde la superficie del material hacia el interior a diferencia del
calentamiento con microondas y dieléctrico que es un calentamiento global debido a la
interacción del campo electromagnético con el material.
Todo esto lleva a la conclusión que depende de las potencias aplicada y absorbida por el
material.
¿Cómo funciona?
Lo primordial, hay que tener una maquina especial, que se llama liofilizador. En esta se
introduce el producto procesado listo para su secado. Se genera un entorno al vacío, donde
las bajas temperaturas se sienten a eso de -40°C. Aquí ocurre la sublimación, o sea el
producto pasa directamente de solido a gas sin pasar por líquido. Eso básicamente se
aplica al contenido acuoso del alimento, el cual sublima terminando con materia solida sin
ningún remanente líquido, absolutamente seco.
Recordemos que al generar entornos al vacío, podemos jugar con las temperaturas de
evaporación del agua, porque sabemos que el agua hierve a los 100°C, pero si generamos
entornos de presión al vacío, podemos hacerla hervir hasta 120°C (como en el caso de las
ollas de presión). Pero en la liofilización, se genera un entorno tan frio que solo altas
presiones de vacío son capaces de hacer que el agua se evapore a -40°C, y es eso lo que
hace el liofilizador.