Secado

El término secado se usa con referencia a la eliminación de agua u otros líquidos orgánicos, como benceno o disolventes orgánicos, de los materiales sólidos. En general, el secado significa la remoción de cantidades de agua relativamente pequeñas de cierto material. La evaporación se refiere a la eliminación de cantidades de agua bastante grandes; además, en esta el agua se elimina en forma de vapor a su punto de ebullición. En el secado, el agua casi siempre se elimina en forma de vapor con aire.

En algunos casos, el agua se puede eliminar de los materiales sólidos por medios mecánicos, utilizando prensas, centrífugas y otros métodos. Esto resulta más económico que el secado por medios térmicos para la eliminación de agua. El secado suele ser la etapa final de los procesos antes del empaque y permite que muchos materiales, como los jabones en polvo y los colorantes, sean más adecuados para su manejo.

El secado de los alimentos es uno de los métodos más antiguos utilizados por el hombre para conservarlos. La razón más importante desde el punto de vista técnico para realizar el secado o deshidratación de los alimentos es su conservación; por este método se promueve el mantenimiento de los componentes del vegetal fresco y se evita la proliferación de microorganismos que provocan la descomposición de los alimentos.

Durante el secado con aire bajo condiciones ambientales constantes, la curva de secado puede ser dividida en los siguientes cuatro períodos de velocidad de secado: [1,2,3]

Período Inicial: La evaporación ocurre como desde una superficie libre y, usualmente, la temperatura incrementa desde su valor inicial hasta la temperatura de bulbo húmedo del aire. En algunos casos, cuando la temperatura del producto es mayor que la correspondiente temperatura de bulbo húmedo del aire, el producto disminuye su temperatura. Este período inicial dura pocos minutos.

Período de velocidad constante: Durante este período el secado aún se lleva a cabo por evaporación de la humedad desde una superficie saturada (evaporación desde una superficie libre) y el material permanece a la temperatura de bulbo húmedo. La mayoría de los productos alimenticios no exhiben un período de velocidad de secado constante.

Primer período de velocidad descendiente: El contenido de humedad al final del período de velocidad constante es el contenido de humedad crítico. En este punto la superficie del sólido ya no se encuentra saturada de agua, y la velocidad de secado disminuye con el decrecimiento en el contenido de humedad y el incremento en la temperatura. En el punto final de este período, la película de humedad superficial se ha evaporado completamente y, con el posterior decrecimiento en el contenido de humedad, la velocidad de secado es controlada por la velocidad de movimiento de la humedad dentro del sólido.

Segundo período de velocidad descendente: Este período representa las condiciones correspondientes a una velocidad de secado totalmente independiente de las condiciones externas. La transferencia de humedad puede ocurrir por una combinación de difusión de líquido, movimiento capilar, y difusión de vapor. La temperatura del producto se acerca a la temperatura de bulbo seco y el contenido de humedad se aproxima asintóticamente al valor de equilibrio.

Equipo para secado: Secador de bandejas

Llamado también secador de platos, de anaqueles, de gabinete o de compartimentos, el material, que puede ser un sólido en forma de terrones o una pasta, se esparce uniformemente sobre una bandeja de metal con una profundidad de 10-100 mm. Un secador de bandejas típico, se muestra en la siguiente figura, contiene bandejas que se cargan y se descargan de un gabinete.

Figura 1: Secador de Bandejas.

Consiste en una cabina aislada provista de un ventilador con un regulador para hacer circular el aire en él; el aire caliente sale por una rejilla de láminas ajustables y es dirigido bien horizontalmente entre bandejas cargadas de alimento o bien verticalmente a través de las bandejas perforadas y el alimento.

Los calentadores de aire pueden ser quemadores directos de gas, serpentines calentados con vapor o, en los modelos más pequeños, calentadores de resistencia eléctrica.

Descripción del equipo

Los secadores de bandeja son de pequeña escala usados en laboratorios y plantas piloto para experimentar con el secado de diversos materiales.

El aire ingresa por el extremo izquierdo del secador (a) gracias al arrastre que genera el ventilador (b), el cual a su vez es movido por un motor (c). Una vez ingresa el aire, pasa a través de una serie de resistencias eléctricas (d) en donde se calienta disminuyendo así su humedad relativa y adquiriendo, de esta forma, su condición desecante.

Posteriormente, el aire caliente pasa a la cámara de secado (e) en donde se encuentran las canastillas (6 en total) que contienen el producto a secar; allí, mediante contacto directo, el aire absorbe la humedad del producto y finalmente pasa a un tubo de escape (f) por donde saldrá de la cámara de secado, con un grado de humedad mayor que el aire a la entrada.

Las condiciones experimentales pueden ser variadas para permitir la demostración de los aspectos teóricos y prácticos de la operación de secado a escala industrial. Las entradas y salidas de aire en la cámara de secado pueden modificarse con el fin de lograr arreglos en paralelo, contracorriente y cruzado.

Esquema del equipo empleado en la práctica:

Figura 2: Secador de Bandejas Laboratorio de Procesos Productivos. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. [4]

Temperatura de Bulbo Húmedo: La temperatura en equilibrio alcanzada por una superficie de evaporación, y ocurre cuando la velocidad de calor transferido a la superficie por convección es igual al calor perdido por evaporación. [5]

b. Temperatura de Bulbo Seco. Es la asignada a la temperatura ambiental de un recinto en particular. [5]

Fundamentos del proceso de secado. [4]

Modelos de temperatura en secadores: La temperatura varía en un secador debido a la naturaleza y contenido de líquido del material de alimentación, de la temperatura del medio del calentamiento, del tiempo de secado y de la temperatura final que toleran los sólidos secos.

Transferencia de calor en secadores: El secado de sólidos húmedos es por definición un proceso térmico. En la mayoría del secado adiabático, por supuesto, la difusión ocurre en la fase gaseosa o sólida, pero con frecuencia las velocidades del secado son más dependientes del coeficiente de transferencia de calor que en los de transferencia de materia.

Cálculos

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