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Introducción y métodos de secado, objetivos, métodos generales de secado Equipo de secado, secado en bandejas, secadores indirectos al vacío con anaqueles, secadores continuos de túnel, Lecadores rotatorios, secadores de tambor, secadores por aspersión, secado de cosechas y granos. Presión de vapor del agua y humedad Contenido de humedad de equilibrio de los materiales, liofilización de materiales biológicos
Tipo: Monografías, Ensayos
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Caranavi – El Alto- Bolivia
El secado consiste en la eliminación total o parcial de un liquido que empapa a un sólido. Existen varios modos de llevar a cabo el secado, pero el más importante consiste en la evaporación del liquido hacia un gas inerte mediante la aportación de calor. También puede efectuarse de forma mecánica, por expresión o centrifugación. Una operación relacionada es la liofilización, en la que el líquido se congela y posteriormente se produce la sublimación del sólido. En general el secado puede aplicarse a cualquier liquido que empapa a un sólido, utilizando un gas inerte cualquiera para arrastrar el vapor. Sin embargo, en la mayor parte de las ocasiones el liquido es agua y el gas de arrastre el aire. Mediante el secado se modifican y mejoran las propiedades del sólido (p. ej. en alimentos se evita el deterioro por microorganismos), se facilita su manejo (se evita p. ej. la aglomeración de los sólidos granulares húmedos) y se abarata su transporte. El secado suele ser la etapa final de muchos procesos de fabricación, resultando esencial en algunas industrias como la papelera, cerámica y maderera. Las operaciones de secado requieren un consumo elevado de energía. Existe una gran variedad de procesos de secado, que parten de la diversidad de materiales a secar: sólidos granulares, sólidos porosas y no porosos, pastas, geles, materiales biológicos, productos alimenticios (leche, tomate, granos, etc.) Desde el punto de vista de la operación los procesos de secado se diferencian en el método seguido para transmitir calor, que puede ser por convección, conducción o radiación y también por métodos dieléctricos o de microondas. La conducción se puede llevar a cabo desde las paredes que estén en contacto con el sólido, p. ej. desde las bandejas que lo soportan. Este mecanismo puede interesar si se trata de sólidos muy húmedos, con poco espesor. En este caso, la temperatura de sólido puede ser más elevada en unas zonas que en otras. La convección se lleva a cabo mediante gases calientes (aire o gases de combustión). Es el método más empleado. Permite una buena regulación de la humedad y de la temperatura y con ello un control de la velocidad de secado. La radiación suele estar presente como un mecanismo adicional en todos las secaderos, combinada con la convección. Tan solo es el mecanismo predominante en el caso de la liofilización, ya que al efectuarse a vacio no es posible utilizar la convección.
Secado de contacto Este método de secado consiste en secar un producto poniéndolo en contacto con paredes calentadas. La mayoría de las veces el secado se realiza en tambores giratorios para lograr una mayor homogeneidad. Esta tecnología se utiliza sobre todo en los procesos de secado de la industria pesada. Sin embargo, el contacto directo del producto con las paredes calientes puede provocar la desnaturalización del producto seco, y la homogeneidad del proceso no está garantizada. Secado infrarrojo El secado por infrarrojos evapora el agua o el disolvente a alta temperatura. También puede combinarse con aire caliente y se utiliza cuando el efecto de secado debe concentrarse en la superficie del producto tratado para obtener también un efecto de tostado. Esta solución dista mucho de ser ideal para los productos que no deben estar expuestos a altas temperaturas. Liofilización El proceso de liofilización se basa en el efecto de sublimación del agua en un entorno de baja temperatura y baja presión. Se suele recomendar para el secado de productos alimentarios sensibles a la temperatura, ya que conserva la mayor parte de las propiedades organolépticas. Por otro lado, la liofilización es una tecnología relativamente lenta y
secado de cierto tipo de alimentos. Por ejemplo: granos, polvos, carne, frutas y vegetales, entre otros. Dichos dispositivos constan con las caracteristicas necesarias para lograr el secado óptimo (Geankoplis, 1999) La clasificación para los secadores es muy amplia, sin embargo, la más general esta dada por el método con el que se lleva a cabo la transferencia de calor, que puede ser a) Conducción b) Convección c) Radiación. A su vez, se subdividen de acuerdo al tipo de contenedor del secador: charolas, tambor, túnel, aspersión, etc. Secadores por convección. Los secadores cuya transferencia de calor es por convección son utilizados para secar particulas y alimentos en forma laminar o en pasta. El calor se suministra a través de aire caliente o gas, el cual fluye sobre la superficie del sólido. El aire, los gases inertes, el vapor sobrecalentado, o gases de combustión directa pueden ser utilizados en sistemas de secado convectivos. (Mujumdar, 2000) Algunos ejemplos de secadores convectivos o directos son: (Geankoplis, 1999)
Algunos ejemplos de secadores indirectos son: (Geankoplis, 1999)
Generalmente hay dos partes principales en la curva de rapidez de la ilustración N°2:
Se puede prever que el coeficiente ky, permanecerá constante siempre y cuando no cambien la velocidad y dirección del flujo de gas sobre la superficie. La humedad Y, es la humedad a saturación en la temperatura superficial del líquido (ts); por lo tanto, dependerá de esta temperatura. Puesto que la evaporación de humedad absorbe calor latente, la superficie liquida llega y permanece en una temperatura en el equilibrio tal que la rapidez del flujo de calor en el entomo de la superficie es exactamente igual a la rapidez de absorción de calor. Por lo tanto, Y, permanece constante. Los capilares e intersticios del sólido, llenos de líquido pueden llevar liquido hasta la superficie tan rápidamente como el liquido se evapore en esta. Puesto que además Y' permanece constante en las condiciones constante de secado, la rapidez de evaporación debe permanecer constante en el valor de No. como se muestra en la ilustración N°2 y N°3 entre el punto B y C. Al principio, la superficie solida y la liquida están generalmente más frías que la temperatura superficial final ts la rapidez de evaporación aumenta cuando la temperatura superficial aumenta hasta su valor final durante el periodo AB sobre estas curvas. En forma alternativa, la temperatura en el equilibrio ts puede ser menor que el valor inicial, lo cual dará a una cuerva A'B mientras ocurre el ajuste inicial. Generalmente el periodo inicial es tan corto que de ordinario se ignora en el análisis subsecuente de los tiempos de secado. Cuando el contenido de humedad promedio del solido alcanza un valor X. el contenido critico de humedad, ilustración N°2, la pelicula superficial de humedad se reduce tanto por evaporación que el secado posterior produce puntos secos que aparecen sobre la superficie: estos ocupan cade vez porciones mas grandes de la superficie expuesta al continuar el secado. Sin embargo, puesto que la rapidez N se calcula mediante la superficie gruesa constante al valor de N debe descender aun cuando la rapidez por unidad de superficie húmeda permanezca constante. Esto da lugar a la primera parte del periodo decreciente de la rapidez, el periodo de secado no saturado, desde el punto C hasta el D, Ilustración N°2 y N°3. Finalmente, la película superficial original del líquido se habrá evaporado completamente a un contenido de humedad promedio del solido que corresponde al punto D. esta parte de la curva puede faltar completamente, o puede constituir el total del periodo decreciente de la rapidez. Al continuar el secado, la rapidez con la cual se puede mover la humedad a través del sólido es el paso controlante, a causa de los gradientes de concentración que existen entre las partes mas profundas y la superficie. Como la concentración de humedad generalmente decrece mediante el secado, la rapidez de movimiento interno de la humedad decrece. En algunos casos, la evaporación puede tener lugar debajo de la superficie del solido en un plano o zona que se va hundiendo mas profundamente en el solido al irse secando. En cualquier caso, la rapidez de secado decae aún más rápidamente que antes, como de D a E, ilustración Nº3. En el punto E, el contenido de humedad del solido ha caldo hasta el valor en el equilibrio X para la humedad del aire predominante y el secado se detiene. La distribución de humedad dentro del solido durante el periodo decreciente de la rapidez se calculo y se presenta gráficamente.
Tabla de datos Los siguientes datos fueron obtenidos durante la experiencia de secado: Tabla N’1 Tabla de datos de condiciones de secado
Datos de tiempo y masa de solido durante el secado Resultados
Tabla N°4 Resultados de humedad critica, humedad de equilibrio y tiempo de secado. Conclusiones
Con respecto al objetivo general es posible decir que se cumplió conforme a lo esperado, desde la preparación de la muestra en estudio hasta la determinación de cálculos y análisis de resultados Se logro determinar la curva de secado, la cual refleja la disminución de agua en el sólido a medida que trascurre el tiempo, Se determino el perfil de secado, que muestra el comportamiento de la humedad con respecto a la velocidad de secado, logrando determinar los periodos presentes en el proceso. De esta grafica se obtienen los valores de humedad critica y de humedad de equilibrio. Se pudo predecir la humedad final del solido si este se secara en un proceso de mayor escala. Como conclusión es posible decir que cada curva de secado y perfil de secado va a depender de la naturaleza del solido que este en estudio, para nuestro caso la arena, esta tiene la capacidad de retener mucho más líquido, pero no todos los solidos son iguales, por lo que antes de secar es importante estudiar lo que se hará para poder predecir que pasara o el comportamiento que el solido va a tener en la experiencia. Bibliografía McCabe Warren, “Operaciones Unitarias en Ingenieria Quimica”, 7 Ed., McGraw-Hill, MéxiBibliografí Problemas de Ingeniería Química, “Secado” Joaquin Ocon Garcia & Gabriel Tojo Barreiro Treybal, “Operaciones de transferencia de masa, Mexico, 2ª Edición, Ed. Reverté S.A 1988
