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Relator : Daniela Casanga M.Ingeniero de Ejecución en Metalurgia

El contenido de humedad de un sólido puede expresarse sobre base seca o base húmeda; pero en el secado de sólidos es más conveniente referir la humedad sobre base seca (masa de agua que acompaña al sólido seco).

Humedad de equilibrio (X*): Cuando un sólido húmedo se pone en contacto, con aire de temperatura y humedad determinadas y constantes, se alcanzaran las condiciones de equilibrio entre el aire y el sólido húmedo. Se logran las condiciones de equilibrio cuando la presión parcial del agua que acompaña al sólido húmedo es igual a la presión de vapor del agua en el aire.

Humedad del Producto

Para una temperatura determinada, la presión de vapor del agua contenida en el sólido húmedo aumenta con su humedad para todas las sustancias, hasta alcanzar el valor de la tensión de vapor del agua pura a la temperatura considerada. Se llama sólido higroscópico cuando la presión de vapor del agua que acompaña al sólido es menor que la tensión de vapor del agua a la misma temperatura. Y si esta presión de vapor del agua del sólido es igual que la tensión de vapor, se llama sólido húmedo.Humedad libre: Es la diferencia entre la humedad del sólido y la humedad de equilibrio con el aire en las condiciones dadas: F=X - X*. Es la humedad que puede perder el sólido después de un tiempo de contacto con el aire en las condiciones dadas y constantes.

Humedad ligada o agua ligada: Es el valor de la humedad de equilibrio del sólido en contacto con aire saturado; o bien la humedad mínima del sólido necesaria para que este deje de comportarse como higroscópico.

Humedad desligada o agua desligada: Es la diferencia entre la humedad del sólido y la humedad ligada; o bien la humedad libre del sólido en contacto con aire saturado. Si el sólido tiene humedad desligada se comportará como húmedo.

Humedad crítica: La humedad crítica de un sólido es el punto que separa los dos períodos de secado antecrítico y poscrítico.

Período antecrítico: Es el período de tiempo en el que la velocidad de secado es constante, desde la humedad inicial hasta la humedad crítica.

Período poscrítico: Es el período de tiempo en el que la velocidad de secado disminuye hasta llegar a un valor de cero. Este período empieza con la humedad crítica hasta la humedad de equilibrio.

Humedad Crítica

Un elemento fundamental en el proceso de secado es

el estudio de la intensidad de la trasferencia de masa en el

mismo. Para esto es necesario conocer los elementos más

útiles de la transferencia de calor y masa que funcionen en

los secaderos de contacto directo. Por ello se reconocen

Condiciones Externas y Condiciones Internas

Aspectos del Secado

Condiciones Externas :

Están definidas por la resistencia a la transferencia

de calor y de masa de la capa límite del gas, y en el caso que

predominen, el secado no dependerá de las características

del sólido sino de las condiciones del gas, y estará

controlado por la transferencia de masa y calor entre el gas

y la superficie del sólido, empleándose en la evaporación

todo el calor que se recibe del gas, la cual se comporta como

una superficie libre de agua.

Condiciones Internas

Están definidas, por la transferencia de calor y de

masa a través del sólido. En el caso que predominen, es

decir, que la resistencia a la transferencia de masa a través

del material sea muy superior a la de la capa límite del gas,

la difusión interna controlará el proceso y lo más

importante será las propiedades del sólido.

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Tipos de Secadores

Los secadores directos utilizan gases calientes; y son estos los que entran en contacto directo con el material a desecarse, eliminado la humedad y transportándose con ayuda del gas hacia la superficie.

La transferencia de calor de los gases calientes hacia el material húmedo, es sin duda mediante el principio de convección, en donde al ingresar el gas, este entra en contacto directo con el material y gracias a la velocidad de entrada de dicho elemento transmisor cede calor al sólido, mediante la corriente de aire que existe en ese lugar produciéndose así la eliminación de humedad producto del intercambio térmico. Denominados también secadores por convección debido al principio descrito.

Secadores Directos

La rapidez del secado depende de la transmisión de calor al sólido desde un gas caliente, pudiendo el gas acarrear el líquido evaporado hacia la superficie. Este gas eleva su temperatura mediante el calor obtenido por vapor de agua, gases de combustibles, etc., siempre y cuando ninguno de los generadores de calor no alteren alguna de las propiedades del material a desecarse, por lo que se recomiendan materiales inertes a temperaturas elevadas.

Secadores Directos

Su construcción permite trabajar con temperaturas máximas de 760 °C, que es el límite para la mayoría de metales empleados en la construcción de estos secadores

Para el secado de materiales a temperaturas bajas por lo general se recomienda eliminar el porcentaje de humedad existente en los gases. Si bien es cierto el liquido contenido no se extingue por completo, pero ayuda a la concentración de liquido eliminado en el gas proveniente del sólido; y evita que la humedad del gas se transfiera al mismo. Lo que perjudica notablemente al material y va en contra del proceso de secado que estamos buscando.

Secadores Directos

Se diferencia de los directos de manera inversa al principio de transmisión de calor y la eliminación de los gases de salida.

La transferencia de calor hacia el material húmedo se lo hace por conducción utilizando una pared separadora que se atraviesa entre estos dos elementos. La pared por lo general es metálica.

La fuente de calor puede provenir de gases calientes, vapor que se condensa, agua caliente, gases de combustibles, aceites calientes, electricidad, etc.

Secadores Indirectos

Apropiados para desecar a presiones bajas y atmósferas inertes; ya que no existe contacto en ningún momento con algún agente externo, evitando posibles alteraciones en la estructura final del material a desecarse.

Para productos que generen turbulencia elevada y polvos, se recomienda este tipo de secadores.

Secadores Indirectos

El proceso de secado puede darse de dos maneras; la carga puede colocarse en un secador y dejarse ahí hasta que la carga este seca; una vez hecho esto, se extrae la masa seca y se reemplaza por otra húmeda (secado discontinuo) o en su defecto hacer pasar al sólido por el secador más de una vez; o también la carga puede colocarse en un secador por una de sus entradas y descargándola por una de sus terminales ya seco (secado continuo).

Discontinuos y Continuos

Un secador intermitente tiene sus ventajas referidas al costo, ya que por la capacidad de carga de material hacen que su construcción sea simple y económica, de fácil manejo además de su fácil mantenimiento.

Ciertos productos agrícolas no soportan el secado continuo, hasta alcanzar el contenido de humedad final que se busca, sin sufrir considerables daños físicos y fisiológicos. Es el caso de las semillas en general, del arroz y de los productos que se cosechan con humedad muy elevada. Estos productos se deben secar de manera intermitente

Esta y otras características lo hacen apto para métodos experimentales y para trabajos de mediana o baja producción.

Secador Discontinuo

El secador intermitente es muy útil y recomendado para procesos en los cuales la velocidad de secado debe variarse continuamente durante el periodo de secado, ejemplos claros es el secado en la industria maderera, en donde el proceso es variable desde que entra hasta que sale del secador.

Secador Discontinuo

El material se añade sin interrupción al equipo de secado, se obtiene material seco con régimen continuo. Generalmente, el equipo es pequeño en comparación con la cantidad de producto, no hay necesidad de almacenamiento intermedio. El producto final tiene un contenido más uniforme de humedad y el costo de secado por unidad de producto es relativamente pequeño.

Secador Continuo

También llamados de anaqueles de gabinete, consiste esencialmente en una cámara aislada que contiene un ventilador para circular el aire, haciendo pasar a través de un calentador y luego sobre placas ajustables que lo dirigen, horizontalmente entre bandejas que contienen el material a secar o bien verticalmente a través de las bandejas y el producto (flujo cruzado).

Secador de Bandeja (Discontinuo)

Dispone de amortiguadores para regular la velocidad de entrada de aire seco, y la cantidad de recirculación del aire según se precise.

El material a secar puede ser sólido en forma de gránulos, trozos o terrones o una pasta. Se distribuye sobre una bandeja de metal con una profundidad de 10-100 mm.

En caso de materiales granulares, pueden colocarse sobre las bandejas cuyo fondo es un tamiz, y en un secador de circulación cruzada el aire pasa por un lecho permeable, obteniéndose tiempos de secado más cortos, debido a la mayor área superficial expuesta al aire.

Los secadores de este tipo son relativamente baratos de construir, sin embargo su operación es costosa debido al gran gasto energético y altos costos de trabajo.

Cada vez que el secador se abre para descargar y cargar material, la temperatura del interior baja, y todas las partes metálicas del secador deben calentarse nuevamente a la temperatura de operación cuando ésta se vuelve a realizar.

En comparación con los procesos anteriores; si la carga en la que se trabaja se la puede movilizar, ya sea por bandas, elevadores, o cualquier mecanismo que permita el movimiento dentro o a través del lugar en donde se seca; el proceso pasa a ser del tipo continuo.

El espacio requerido se hace más largo que al trabajar con un secador intermitente. Los secadores continuos son aplicables para industrias en donde los procesos son en serie y los niveles de producción son elevados. Para el caso de un secador de túnel, se puede aplicar este concepto.

Un secador de compartimentos adaptado para trabajo continuo, provisto de un túnel de gran dimensión por el cual se va a transportar el material, es una variante de un secador de túnel.

Secadores de Túnel (Continuo)

Secadores de Túnel

Los túneles de desecación suelen clasificarse basándose en la dirección relativa del movimiento del producto y del aire (desde la fuente de calor):

• Secador de túnel con corriente paralela: Las direcciones de la corriente del aire y del producto en desecación son las mismas. A medida que el producto avanza a lo largo del túnel se va poniendo en contacto con aire cada vez más frío, por lo cual se evita que el calor dañe el producto. Con este método es posible tener un control más exacto de la humedad del sólido, así como un control de la temperatura en el material.

Túnel a Corriente Paralela

Secador de túnel a contracorriente:

Las direcciones del aire y del producto en desecación son contrarias. Las condiciones en el final del túnel - aire seco y caliente permiten conseguir contenidos de humedad bajos, pero existe riesgo de sobre calentamiento del material. El uso de calor se ve aprovechado en mayor parte en este sistema; así como la capacidad de eliminación de humedad del aire.

Túnel a Contra Corriente

Flujo en ContracorrienteEl flujo de entrada de los gases calientes con respecto al del avance de material es de modo opuesto, por lo tanto el choque térmico es mayor por la gran cantidad de energía de los gases en la entrada. Absorbiendo la humedad en tiempos cortos de secado estos gases se eliminan cuando se encuentran con la carga fría del secador, de esta manera es posible garantizar que se aprovecha al máximo la transferencia de calor del gas a lo largo de toda la estructura del cilindro.

Tipos de Flujo en Secadores

El flujo de entrada de los gases calientes con respecto al del avance de material es en el mismo sentido, gracias a este efecto es posible reducir el contenido de humedad de una manera controlada, ya que se pueden regular los gases calientes de entrada con respecto al material, de tal forma que los gases de salida y el material se encuentren ya determinados al momento de descarga del material.

Flujo en Paralelo

Es la combinación de los flujo descritos anteriormente; el material que entra esta direccionado por la pendiente que se forma con respecto al cilindro. Los gases calientes son trasladados a lo largo de la parte exterior de la carga, pero en sentido paralelo al avance del material; luego estos gases entran en contacto con el material mediante ductos de entrada que se encuentran en la zona de descarga, aquí el flujo se transforma en contracorriente.

Flujo Invertido

Con este método es posible estabilizar la temperatura a lo largo de todo el cilindro mediante los gases de entrada exterior, y gracias a que los gases calientes en flujo a contracorriente son relativamente bajos; nos sirve para el uso de productos que a temperaturas elevadas son muy volátiles, además de reducir emisiones contaminantes producto de la temperatura de los gases calientes como de los mismos materiales a secar.

Como también nos permite usarlo en materiales frágiles en donde las diferencias de temperatura entre el material y el gas son bajas. El flujo invertido permite llevar un control más exacto de

la temperatura con respecto al flujo en paralelo y a contracorriente.