Conceptos Fundamentales en el Secado de Materiales

Definiciones Clave de Humedad y Secado

  • Humedad latente: En contacto con un sólido, un líquido ejerce una presión de vapor inferior a la del líquido puro a igual temperatura, lo que significa que evapora a una presión más baja. El líquido puede quedar ocluido por retención en capilares diminutos, por solución en celdas o paredes fibrosas, por solución homogénea a lo largo del sólido y por adsorción química o física en las superficies del sólido.
  • Flujo capilar: Es el paso de un líquido por los intersticios y sobre la superficie de un sólido, provocado por la atracción molecular líquido-sólido.
  • Periodo de velocidad constante: Es el lapso de tiempo de secado durante el cual la velocidad de eliminación de agua por unidad de superficie secada es constante o uniforme.
  • Contenido crítico de humedad: Es el contenido de humedad promedio cuando concluye el periodo de velocidad constante.
  • Contenido de humedad de equilibrio: Es la humedad limitante a la cual un material se puede secar en condiciones específicas de temperatura y humedad del aire.
  • Base de peso seco: Es la expresión del contenido de humedad de sólidos mojados en kilogramos o libras de agua, por kilogramo o libra de sólidos completamente secos.
  • Periodo de velocidad decreciente: Es un lapso de tiempo de secado durante el cual la velocidad instantánea de secado disminuye en forma continua.
  • Punto de saturación de fibra: Es el contenido de humedad de materiales celulares (p. ej.: madera) en el cual las paredes celulares están completamente saturadas, en tanto que las cavidades carecen por completo de líquido. Se puede definir como el contenido de equilibrio de humedad a medida que la humedad de la atmósfera circundante se acerca a la saturación.
  • Contenido de humedad libre: Es el líquido que se puede separar a una temperatura y humedad dadas. Este valor puede incluir tanto la humedad ocluida como la no ocluida o retenida.
  • Estado funicular: Es aquella condición en el secado de un cuerpo poroso en la que la succión capilar provoca la absorción de aire dentro de los poros.
  • Material higroscópico: Es aquel que puede contener humedad ocluida o retenida.
  • Distribución inicial de humedad: Se refiere a la distribución de humedad en todo un sólido al iniciarse el proceso de secado.
  • Difusión interna: Movimiento del líquido o el vapor dentro de un sólido, como resultado de una diferencia de concentración.
  • Contenido de humedad: De un sólido, se expresa comúnmente como la cantidad de humedad por unidad de peso de sólido seco o húmedo.
  • Gradiente de humedad: Se refiere a la distribución de agua dentro de un sólido en un momento determinado del proceso de secado.
  • Material no higroscópico: Es aquel que no contiene humedad ocluida o retenida.
  • Estado pendular: Es el estado de un líquido dentro de un sólido poroso cuando ya no existe una película continua de líquido en torno a partículas discretas y entre ellas, impidiendo el flujo por capilaridad. Este estado es posterior al funicular.
  • Cambio de humedad no realizado: Es la razón entre la humedad libre presente en cualquier instante y la que estaba inicialmente presente.
  • Humedad no ocluida: En un material higroscópico, es la humedad excesiva en relación con el contenido de equilibrio correspondiente a la humedad de saturación. Todo el contenido de agua de un material no higroscópico es agua no ocluida o no retenida.
  • Base de peso húmedo: Es la que expresa la humedad de un material como porcentaje del peso del sólido mojado. Se recomienda usar la base de peso seco, ya que la variación del porcentaje de humedad es constante para todos los niveles de humedad.

Tipos de Lechos de Sólidos y Flujos de Gas en Procesos de Secado

Tipos de Lechos de Sólidos

  • Estático: Este es un lecho denso de sólidos en el cual cada partícula descansa sobre otras debido a la densidad de la masa de la fase sólida; es decir, no existe movimiento relativo entre las partículas sólidas.
  • Móvil: Este es un tipo de lecho de sólidos ligeramente restringido en el cual las partículas están separadas apenas lo suficiente para fluir o deslizarse unas sobre otras. Comúnmente, el flujo es descendente por acción de la fuerza de gravedad; sin embargo, también se puede registrar un movimiento ascendente debido a la elevación mecánica o a la agitación generadas dentro del equipo de proceso.
  • Fluidizado: Las partículas sólidas se sostienen por medio de fuerzas de arrastre provocadas por la fase gaseosa que pasa por los intersticios de las partículas, con una velocidad crítica dada.
  • Diluido: Esta es una condición de expansión total en la cual las partículas sólidas están tan separadas entre sí que prácticamente no ejercen ninguna influencia unas sobre otras.

Tipos de Flujo de Gas Caliente

El flujo de gas caliente puede ser paralelo, perpendicular, transversal o en contracorriente.

  • Flujo paralelo: La dirección del flujo del gas es paralela a la superficie de la fase sólida; el lecho de sólidos se encuentra generalmente en condición estática.
  • Flujo perpendicular: La dirección de la corriente de gas es normal a la interfase de las fases. El gas choca contra el lecho de sólidos, encontrándose también en este caso dicho lecho de manera estática.
  • Circulación a través del sólido: El gas penetra y fluye directamente pasando a través de los intersticios de los sólidos, circulando de manera más o menos libre en torno a las partículas individuales.
  • Flujo cocorriente: La fase gaseosa y las partículas sólidas se desplazan en la misma dirección.
  • Flujo en contracorriente: La dirección del flujo de gas es exactamente opuesta a la que sigue el movimiento de los sólidos.
  • Flujo transversal de gas: La dirección de la corriente de gas se realiza según ángulos rectos en relación con el movimiento de los sólidos, a través del lecho de sólidos.

Procesos Fundamentales del Secado

Cuando un sólido se seca, ocurren dos procesos fundamentales y simultáneos:

  • Se transmite calor para evaporar el líquido.
  • Se transmite masa en forma de líquido o vapor dentro del sólido y como vapor en la superficie.

Mecanismos de Transporte de Humedad

  • Flujo capilar: La humedad contenida en los intersticios de los sólidos, como líquido en la superficie o como humedad libre en las cavidades celulares, se desplaza por gravedad y capilaridad, siempre que existan pasadizos para un flujo continuo. En el secado, el flujo de líquido debido a la capilaridad se aplica a líquidos que no están en solución y a toda humedad por encima del punto de saturación de fibra (como en textiles, papel y pieles), así como a toda humedad por encima del contenido de humedad de equilibrio a la saturación atmosférica (como en polvos finos y sólidos granulares, por ejemplo, pigmentos, minerales, arcillas, suelos y arena).
  • Difusión de vapor: La humedad se desplaza por acción de la difusión de vapor a través del sólido, siempre que se establezca un gradiente de temperatura por calentamiento, creando así un gradiente de presión de vapor. La vaporización y la difusión de vapor ocurren en cualquier sólido donde el calentamiento se realice en una superficie y el secado en la otra, y donde el líquido quede aislado entre los gránulos del sólido.
  • Difusión de líquidos: El movimiento de líquidos por difusión en sólidos se restringe al contenido de humedad de equilibrio por debajo del punto de saturación atmosférica (aplicable a últimas etapas de secado de arcillas, almidones, harina, textiles, papel y madera), y a sistemas en los que la humedad y los sólidos son mutuamente solubles (aplicable al secado de jabones, gomas, gelatinas y pastas).

Condiciones para un Proceso de Secado Eficiente

Señale usted las dos condiciones que debe cumplir un buen proceso de secado para que sea eficiente, en lenguaje técnico. Deben ser respondidas las dos condiciones para la evaluación.

  • Máxima exposición de la superficie de los sólidos a la fase gaseosa.
  • Con un mezclado minucioso de gas y sólido.