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DESECACIÓN
1. Introducción: concepto y objetivos
2. Teoría del secado
1. Psicrometría
2. Comportamiento de los cuerpos con la humedad
3. Cinética del secado
1. Períodos
2. Mecanismos
4. Tipos de secaderos
1. Secado por convección
2. Secado por conducción
3. Secado por radiación
1. INTRODUCCIÓN
Concepto
Operación unitaria en la cual, por aporte de calor, se
retira la humedad contenida en materiales sólidos o
casi sólidos.
Objetivos:
Mejorar la estabilidad
Facilitar el manejo posterior
Conferir al material determinadas propiedades
La desecación consiste en la transferencia de vapor desde el sólido húmedo al gas que lo rodea, que normalmente contiene cierta humedad.
2. TEORIA DEL SECADO
Pv sólido > Pv aire evaporación de agua, secado
Pv sólido < Pv aire el sólido se humedece
Pv sólido = Pv aire Equilibrio
La DESECACIÓN dependerá del estado de humedad de la atmósfera y del cuerpo en cuestión.
Curva o diagrama psicrométrico: Es un diagrama de humedad que muestra las características de humedad del aire. Estas curvas son representaciones gráficas de la relación entre Temperatura y humedad del vapor de agua en el aire en un sistema a presión constante.
TEORIA DEL SECADO. HIGROMETRÍA
La transferencia de masa hace referencia al paso de agua del interior del sólido hacia la superficie y desde la superficie del sólido al gas que lo rodea en forma de vapor de agua. Arrastre en corriente de aire vacío
3. CINÉTICA DEL SECADO
La transferencia de calor se puede realizar por diferentes mecanismos conducción, convección y radiación.
Conducción Convección Radiación
La desecación supone SUMINISTRAR CALOR al material y ELIMINAR EL VAPOR DE AGUA resultante.
Tiempo
Humedad
A
B
C
D
Humedad
Velocidad de secado D
C
B A
Periodo de inducción
Velocidad de secado cte
Velocidad de secado decreciente
B = Humedad Crítica
CINÉTICA DEL SECADO. PERÍODOS DE SECADO
Para establecer el tiempo óptimo de secado, es necesario realizar ensayos de velocidad de secado en condiciones constantes.
Los datos obtenidos se representan como gráficos de humedad frente al tiempo o velocidad de secado (pérdida de humedad en la unidad de tiempo) frente a la humedad de la muestra.
D = Humedad de equilibrio
VELOCIDAD DE SECADO (en el tramo A-B), viene dada por la ecuación de difusión de un vapor a través de una capa de líquido hasta un gas.
dW/dt = k A (Ps - Pa)
- dW/dt es la masa de vapor evaporada por unidad de tiempo (Kg/h)
- k el coeficiente de transferencia de masa (Kg aire seco/(hm 2 ))
- A la superficie de material (m^2 )
- Ps es la presión de vapor de agua en la superficie del material
- Pa es la presión parcial de vapor de agua en el aire Ps y Pa (Kg agua/Kg aire seco).
CINÉTICA DEL SECADO. MECANISMOS DE SECADO
Las condiciones iniciales del material determinan que exista suficiente agua sobre la superficie del mismo para saturar el aire que la rodea.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE SECADO
Vel difusión=Vel evaporación dW/dt = k A (Ps - Pa) = (Qr + Qd + Qc) / λ
- Qr es la velocidad de transferencia de calor por radiación (cal/h)
- Qd es la velocidad de transferencia de calor por conducción (cal/h)
- Qc es la velocidad de transferencia de calor por convección (cal/h)
- λ es el calor latente de vaporización del agua; es constante ( cal/g)
En la práctica: Fuente de radiación de elevada Tª Disminuir el espesor del material a desecar K aumenta, al aumentar el flujo de aire Se deshumidifica el aire para disminuir Pa Se evita la formación de costras que impidan la difusión del agua
CINÉTICA DEL SECADO. MECANISMOS DE SECADO
A. Secaderos por Convección A. Sistemas de secado estático a. Estufas (discontinuo) b. Secadera en tunel de armario, camara o compartimentos (semicontinuo) c. Secadero de banda sin fin(continuo) B. Sistemas de lecho en movimiento a. Turbosecaderos b. Cilindros secaderos C. Sistema de lecho fluido a. Secaderos de lecho fluido (continuo/discontinuo) b. Nebulizador/atomizador (continuo) B. Secaderos por Conducción A. Cámara de secado (discontinuo) B. Secaderos de rodillos (continuos) C. Secaderos por Radiación A. Secaderos de infrarrojos B. Secaderos microondas D. Secaderos sin calor
4. TIPOS DE DESECADORES
A. Desecadores por CONVECCIÓN
La transferencia de calor se realiza por contacto directo entre el material a desecar y un gas seco y caliente (habitualmente el aire), el contacto directo favorece la evaporación. El vapor de agua es arrastrado por el mismo gas caliente.
Ventajas
- Temperatura exacta, compatible con la estabilidad del material.
- Económicos.
- Inconvenientes
- si el aire no puede reciclarse supone una pérdida importante de calor.
- Formación de polvillo
- Oxidación del material.
4. TIPOS DE DESECADORES
A. Desecadores por CONVECCIÓN Sin agitar el material a desecar a) discontinuos: ESTUFAS de bandejas, cámaras o armarios de secado Directos: circulación forzada de aire caliente Indirectos: bandejas calentadas o radiantes
Temperatura constante Flujo de aire uniforme
4. TIPOS DE DESECADORES
A. Desecadores por CONVECCIÓN Sin agitar el material a desecar b) semicontinua, secadero en túnel de armario, camara o compartimentos
El aire más seco incide sobre el material más seco. Desecación progresiva y se evita la formación de costras.
4. TIPOS DE DESECADORES
A. Desecadores por CONVECCIÓN Con agitación: LECHO EN MOVIMIENTO b) cilindros secadores
Funcionamiento continuo y a contracorriente Cilindro de eje horizontal ligeramente inclinado Existen modelos de DOBLE TUBO: gas equicorriente por dentro (calentamiento directo) gas contracorriente por el espacio anular
- Entrada aire seco
- Salida aire húmedo
- Entrada producto húmedo
- Salida producto seco
4. TIPOS DE DESECADORES
Desecador granulador de lecho fluido
El calor es transferido al producto por convección.
Las partículas sólidas son parcialmente suspendidas en un flujo de gas que se mueve de forma ascendente. Técnica eficaz para granular, recubrir y desecar. Verticales y horizontales.
A. Desecadores por CONVECCIÓN con agitación del material a desecar de forma a) discontinuos o continuos, LECHO FLUIDO.
4. TIPOS DE DESECADORES
Ventajas del lecho fluido permite un control estricto de la temperatura. permite una desecación rápida. requiere poco espacio.
Inconvenientes del lecho fluido Las partículas pequeñas pueden quedar adheridas a las paredes. Tamaño heterogéneo…la desecación también puede ser heterogénea. Velocidad de aire excesiva puede romper las partículas
A. Desecadores por CONVECCIÓN con agitación del material a desecar de forma a) discontinuos o continuos, LECHO FLUIDO.
4. TIPOS DE DESECADORES
Este método consiste en NEBULIZAR el líquido en el seno de una corriente de aire muy caliente que circula tanto en el mismo sentido como contracorriente El líquido se dispersa en pequeñas gotas que se forman en contacto con el aire muy caliente se van a DESECAR de forma prácticamente instantánea, en fracciones de segundo, dando pequeños granos de un tamaño ligeramente inferior al de la gota que les dió origen.
A. Desecadores por CONVECCIÓN con agitación del material a desecar b) continuos, nebulizador o atomizador Sólo puede manipular materiales FLUIDOS como sólidos espesos y pastas.
4. TIPOS DE DESECADORES
A. Desecadores por CONVECCIÓN
Influencia de la nebulización en las CARACTERÍSTICAS del polvo:
a) Tamaño del polvo Sistema de dispersión, ya que de ellos depende el tamaño de la gota que se obtiene y a menor tamaño de gota más finos serán los polvos Tensión superficial del líquido a desecar, a menor tensión superficial más finos serán los polvos. adición de tensioactivos
4. TIPOS DE DESECADORES
b) Porosidad del polvo Depende de la CONCENTRACIÓN de la solución o suspensión de partida. Cuanto más diluido sea el líquido de partida mayor será el volumen aparente y por tanto el polvo será más poroso y menos denso. b) Homogeneidad del polvo Depende de la TEMPERATURA de secado. Si se usan temperaturas altas se forman costras en la superficie, se rompe el grano, con lo cual vamos a obtener falta de homogeneidad en el tamaño.
a) grado de dispersión del líquido ya que a mayor grado de dispersión menor será el diámetro de las gotas, más rápido será el secado y más rentable el proceso.
b) concentración de la solución o suspensión. La concentración determinará la relación sólido/líquido (“grado de humedad”) de forma que cuanto mayor sea la concentración más fácil resultará la desecación porque la proporción de líquido a desecar por unidad de volumen es menor y aumentará el rendimiento.
c) temperatura (150-200ºC) a mayor temperatura mayor velocidad de secado y mayor rendimiento. Normalmente se trabaja entre 150 y 200ºC siempre que esta temperatura no implique la formación de costras ni la fusión de las partículas. Si esto sucede se tiene que trabajar a menor temperatura.
A. Desecadores por CONVECCIÓN Influencia de la nebulización en el RENDIMIENTO del proceso
4. TIPOS DE DESECADORES
La formación de polvos porosos que se reconstituyen fácilmente dando la solución o suspensión de partida. Los polvos deben conservarse resguardados de la humedad, en frascos de cierre hermético.
Es muy útil cuando se trabaja con sustancias TERMOLÁBILES o susceptibles de OXIDACIÓN.
- Leches para nutrición infantil
- Extractos secos
- Polvos de órganos animales
- Polvos enzimáticos
- Polvos destinados a compresión directa
A. Desecadores por CONVECCIÓN Principales usos del proceso de nebulización
4. TIPOS DE DESECADORES
B. Desecadores por CONDUCCIÓN a) discontinuos, cámaras de secado a presión reducida (al vacío) b) continuos, secadores de rodillos
- El método consiste en depositar el líquido o la pasta a desecar sobre un rodillo que gira y que está calentado internamente. El producto seco se separará del rodillo mediante cuchillos. El rodillo más sencillo está formado por dos rodillos y la separación de los rodillos va a determinar el espesor de la película que se va a desecar. Según la sustancia a desecar se gradúa la separación.
- Tª rodillo 140-150ºC
- Velocidad de giro 6-30 rpm (depende de la temperatura y el espesor)
- Son útiles para desecar sustancias TERMORESISTENTES.
4. TIPOS DE DESECADORES
