1.1 Dessecació

La dessecació d'un producte consisteix a eliminar totalment o parcialment els líquids que l'impregnen. Normalment es tracta d'aigua, però és extensible a altres líquids com l'alcohol o l'èter.

En un producte, la humitat pot estar-hi simplement adherida (superficial), omplir-ne els porus (capil·lar) o impregnar-ne tota la massa (constitucional).

La dessecació pot ser natural, segons les condicions ambientals i, per tant, d'eficàcia variable, i artificial i en aquest cas es pot realitzar de les maneres següents:

• Mecànicament, per premsatge, aspiració, centrifugació o filtració.
• Per processos fisicoquímics en què la humitat és absorbida per substàncies higroscòpiques (absorbents d'humitat).
• Tèrmicament amb aire o gasos que arrosseguen la humitat evaporada.
• Tèrmicament sense aire, mitjançant l’evaporació en autoclau, al buit o per escalfament dielèctric.

Tan sols les dues últimes formes són aplicables als assecadors industrials.

1.2 Assecadors i el seu consum a la indústria

Es denominen assecadors els equips que eliminen o redueixen l'aigua (humitat) d'un producte fent servir energia calorífica.

Les parts bàsiques d'un assecador són:

• Llar: on es generen els gasos calents que aporten la calor necessària per a l'operació d'assecatge. Si l'assecador és elèctric, aquesta part no existeix.
• Cambra d'assecatge: és l'assecador pròpiament dit.
• Ventiladors: que impulsen l'aire calent a través de l'assecador.

Els processos industrials d'assecatge tenen una forta incidència en el consum energètic de la indústria i n'assoleixen un 11 % del consum total.

2.1 Formes de transmissió de calor

Les formes de transmissió de calor són tres:

• Conducció. És la típica en els sòlids. L'energia es transmet per vibració entre molècules contigües.
• Convecció. Característica dels fluids. La calor es transmet per la barreja de les molècules amb major energia i les de menor energia.
• Radiació. La calor es transmet des d'una font radiant fins a un cos, sòlid o fluid, sense necessitar un mitjà material per a la seva transferència.

2.2 Eficiència tèrmica d'un assecador

És un indicador de la bondat de l'operació d'assecatge. Interessa que sigui com més alta millor. L'equació general d'eficiència seria:

2.3 Procés d'assecatge

En el procés d'assecatge cal distingir tres temps:

• Període AB. És el període d'escalfament inicial del producte, en què la velocitat d'assecatge augmenta.
• Període BC. La velocitat d'assecatge roman constant i és independent del sòlid.
• Període CD. La humitat superficial ja s'ha eliminat i ara cal evaporar la humitat interna, que ha d'emigrar a la superfície. La velocitat d'assecatge decreix.

Els assecadors són equips extremadament variables en forma i components i depenen de l'aplicació industrial, de l'estat que tingui el producte a assecar i de la forma de transmissió de calor que s'empri. Per això, per definir els components d'aquesta tecnologia, descriurem els diferents tipus d'assecador.

1. Assecador per conducció. Són típics de la indústria paperera, on la banda de paper humit s'asseca per contacte amb la superfície exterior d'un cilindre foradat a l'interior del qual es condensa el vapor d'aigua.

2. Assecador per convecció. Poden ser de convecció natural a l'aire, però són molt més freqüents els assecadors de convecció forçada i utilitzen com a fluid calent els fums procedents d'una combustió o aire escalfat elèctricament o per altres mitjans.

2.1 De gasos calents: poden ser de diversos tipus, entre els quals destaquen:

.

Tipus tambor giratori. Esta constituït per un cilindre tubular més o menys inclinat que pot girar a diferents velocitats. El producte a assecar entra per la part més alta del tambor i a causa de la lenta rotació de l'assecador, avança per aquest i es barreja íntimament, gràcies a uns dispositius interiors adequats; els gasos que s'introdueixen en el tambor l'assequen.

De llit fluïditzat. Els gasos s'introdueixen en el llit a contracorrent a través d'una mufla (forn) que els escalfa, i fluïditza les partícules sòlides a assecar, que s'introdueixen per dalt des d'una tremuja i es descarreguen per la part inferior.

D'aire calent. Poden adoptar una multitud de formes entre les que destaquen:

Assecadors a pressió atmosfèrica:

• Estufes d'assecatge
• Armaris d'assecatge
• Assecadors de toveres
• Canals d'assecatge
• Assecador de safates anul·lars

Tipus flaix: en què un fluid que actua simultàniament com a transportador i com a agent d'assecatge transporta pneumàticament el producte. Estan formats per un tub elevador vertical en què el corrent d'aire calent va de baix a dalt, arrossegant el producte a assecar en forma de gra fi, que després se separa amb un o diversos ciclons.

3. Assecador per radiació. El producte se sotmet a radiació, normalment en continu i amb radiació infraroja.

4. Assecadors combinats. L'assecatge s’hi realitza mitjançant dues o més de les formes de transferència esmentades més amunt.

.

5. Assecadors de buit. Redueixen la temperatura d'evaporació de l'aigua mitjançant l'operació a pressió reduïda (buit). Són especialment indicats per a operacions de liofilització. Cal fer-los servir quan:

• El producte a assecar no admet pràcticament escalfament i es requereix rapidesa en el procés. S'opera a la pressió de vapor corresponent a la màxima temperatura que admet el producte.
• S'intenta recuperar el líquid que eliminem del producte pel seu valor o una altra circumstància, condensant-lo a la sortida.
• La substància a dessecar es descompon en presència de l'aire.

6. Assecador d'alta freqüència, per dielectricitat. L'escalfament i la dessecació es produeixen en sotmetre el cos a un corrent elèctric que genera calor per efecte Joule.

L'assecatge de productes, com ja s'ha vist, es pot realitzar amb assecadors (energia tèrmica) o per altres mitjans, mecànics o químics.

El principal avantatge de l'ús d'assecadors tèrmics és que el grau d'eliminació de la humitat pot arribar a ser molt alt, enfront de, per exemple, l'assecatge mecànic per compressió, que necessita freqüentment un assecatge tèrmic posterior.

El principal inconvenient d'aquests assecadors és el seu alt consum energètic, en gran part a causa de la gran calor latent de vaporització de l'aigua, la qual cosa requereix una alta aportació tèrmica a l'assecador.

També podem assenyalar que en el cas de l'assecatge de gasos humits, els millors resultats s'obtenen amb mètodes d'absorció química i no amb assecadors.

5.1 Aplicacions industrials de l'assecatge

Els camps industrials on els processos d'assecatge tenen una gran importància s'indiquen a la taula següent.

Les indústries agroalimentàries i papereres són les usuàries més importants dels processos d'assecatge, amb un consum de més del 60% del total en aquest camp industrial.

En els camps industrials tèxtil, químic, del ciment i materials de construcció, l'energia consumida en els processos d'assecatge representa d’un 25% a un 35% del consum energètic total.

5.2 Aplicacions dels diferents tipus d'assecador

Assecador de tambor rotatiu

• Lignit i altres carbons
• Productes petris
• Escòries
• Minerals
• Productes químics
• Productes agrícoles

Assecador tipus flaix

• Matèries pulverulentes
• Matèries sensibles a la calor, perquè l'assecatge és curt
• Productes fluids viscosos, en extret o pastosos

Estufes d'assecatge

• Productes agrícoles

Armaris d'assecatge

• Assecatge no continu de càrregues petites

Canals d'assecatge

• Cuir
• Productes agrícoles
• Assecatge semicontinu de càrregues variables

Assecador de safates

• Productes en brut que es poden pelar, de naturalesa pulverulenta, cristal·lina, pastosa o a trossos

Assecador de llit fluïditzat

• Productes que a causa de la forta humitat no poden assecar-se a l'assecador de flux continu

Assecador de contacte

• Matèries líquides en “brou” i pastoses que s'hagin d'assecar en operacions curtes
• Teixits
• Paper, cel·lulosa, cartró

Assecadors de buit

• Matèries sensibles a l'oxidació a baixes temperatures
• Fibres sintètiques

Assecadors dielèctrics

• Fustes precioses
• Ceràmiques

6.1 Recuperadors directes

Molts productes no permeten emprar temperatures altes de l'aire a l'entrada de l'assecador perquè es deteriorarien. En aquests casos, l'eficiència tèrmica es pot incrementar tornant a escalfar part de l'aire i fent-lo recircular a través de l'assecador, amb el consegüent estalvi energètic que això suposa.

A continuació se citen alguns assecadors amb recuperació de calor:

• Assecador turbo de safates: quan no importa el contacte directe entre els gasos de combustió i el producte
• Assecadors de raig d'aire: aconsegueix una uniformitat gairebé total de l'aire d'assecatge i al mateix temps una recirculació parcial de l'aire ja utilitzat

6.2 Recuperadors indirectes

Suposen un estalvi energètic perquè augmenta l'eficiència tèrmica de l'equip, igual que amb els recuperadors directes.

Llit fluïditzat amb tubs de calor: s'utilitza per processar tandes intermitents de producte. Els conductes d'entrada i de sortida d'aire són contigus, la qual cosa permet l'ús de tubs de calor per a la recuperació de calor.

Sistemes bi-transfer: utilitzen un tercer fluid com a vehicle de transport de calor entre l'aire d'entrada i de sortida, en lloc de produir-se un intercanvi directe entre ells.

Intercanviadors de tubs i aletes: escalfen prèviament els gasos d'assecatge.

Bomba de calor: extrau calor de l'assecador condensant la humitat de l'aire de sortida i fent recircular l'aire sec a l'interior de la cambra d'assecatge. La calor absorbida pel circuit de la bomba es pot emprar per a la calefacció de la planta.

6.3 Reconversió del procés d'assecatge

1. Modificació de la forma d'assecatge. Es tracta, en cada cas, de buscar el tipus d'assecador amb un consum energètic mínim i realitzar un estudi econòmic per valorar la substitució d'aquest per l'actual.

2. Modificació de les condicions de funcionament de l'assecador. Inclou diverses mesures d'estalvi:

• Escalfar al màxim possible l'aire o els gasos d'assecatge
• Saturar d'humitat al màxim l'aire o els gasos de sortida
• Recircular els bafs de sortida parcialment
• Fer servir les calors sensible i latent dels bafs de sortida per preescalfar l'aire comburent
• Recuperar la calor residual sensible del producte assecat
• Preassecar el producte en corrents naturals o forçats d'aire atmosfèric
• Recuperar altres calors residuals de la fàbrica per a escalfament de l'aire d'entrada a l'assecador
• Fer servir gasos de calderes o forns
• Fer servir gasos d'escapament de màquines tèrmiques en el preassecatge o en l'assecatge, segons convingui

3. Mínim assecatge possible. Aquest punt s'ha d'entendre en dos aspectes diferents:

• Assecar el mínim possible en termes absoluts. Això implica que no s'ha de reduir la humitat del producte per sota del contingut d'humitat d'equilibri amb l'ambient en què es deixarà posteriorment, ja que recuperaria de nou part de la humitat perduda.
• Assecar el mínim possible a l'assecador, la qual cosa implica que el producte s'ha dessecar per altres mitjans abans d'introduir-lo a l'assecador. Per fer-ho cal evitar humitejaments previs de qualsevol tipus i, en el cas dels productes agrícoles, els productes s'han de recol·lectar quan estiguin com més secs millor.

6.4 Control del grau d'assecatge

S'ha d'estudiar la corba d'assecatge del producte per garantir l'equilibri futur entre la humitat del producte assecat i la de l'ambient on es dipositarà.

6.5 Aïllament d'assecadors

És necessari per minimitzar pèrdues tant a la casa com a través de les parets i el sostre de l'assecador pròpiament dit.

Informació complementària: vegeu la fitxa Sistemes de recuperació de calor: aprofitament de la calor residual.