1.1 Desecación

La desecación de un producto consiste en eliminar total o parcialmente los líquidos que lo impregnan. Normalmente se refiere al agua, pero es extensible a otros líquidos como alcohol o éter.

La humedad en un producto puede estar simplemente adherida (superficial), llenar los poros (capilar) o impregnar toda la masa (constitucional).

La desecación puede ser natural, dependiendo de las condiciones ambientales, y por tanto de eficacia variable, y artificial, en cuyo caso puede realizarse de las siguientes maneras:

• Mecánicamente, por prensado, aspiración, centrifugado o filtración.
• Por procesos físico-químicos en los que la humedad es absorbida por sustancias higroscópicas (absorbentes de humedad).
• Térmicamente con aire o gases, que arrastran la humedad evaporada.
• Térmicamente sin aire, mediante la evaporación en autoclave, a vacío o por calentamiento dieléctrico.

Tan sólo las dos últimas formas son aplicables a secaderos industriales.

1.2 Secaderos y su consumo en la industria

Se denominan secaderos a los equipos que eliminan o reducen el agua (humedad) de un producto utilizando energía calorífica.

Las partes básicas de un secadero son:

• Hogar: donde se generan los gases calientes que aportarán el calor necesario para la operación de secado. Si el secadero es eléctrico, esta parte no existe.
• Cámara de secado: es el secadero propiamente dicho.
• Ventiladores: que impulsan el aire caliente a través del secadero.

Los procesos industriales de secado tienen una fuerte incidencia en el consumo energético de la industria, alcanzando un 11 % del consumo total de ésta.

2.1 Formas de transmisión de calor

Las formas de transmisión de calor son tres:

• Conducción. Es la típica en sólidos. La energía se transmite por vibración entre moléculas contiguas.
• Convección. Característica de los fluidos. El calor se transmite por mezcla entre moléculas con mayor energía y otras de menor energía.
• Radiación. El calor se transmite desde una fuente radiante hasta un cuerpo, sólido o fluido, sin necesitar un medio material para su transferencia.

2.2 Eficiencia térmica de un secadero

Es un indicador de la bondad de la operación de secado. Interesa que sea lo más alta posible. La ecuación general de eficiencia sería:

2.3 Proceso de secado

En el proceso de secado deben distinguirse tres tiempos:

• Periodo AB. Es el periodo de calentamiento inicial del producto en el cual la velocidad de secado aumenta.
• Periodo BC. La velocidad de secado permanece constante y es independiente del sólido.
• Periodo CD. La humedad superficial ya ha sido eliminada y ahora es preciso evaporar la humedad interna, que ha de emigrar a la superficie. La velocidad de secado decrece.

Los secaderos son equipos extremadamente variables en forma y componentes, dependiendo de la aplicación industrial, del estado que presente el producto a secar, y de la forma de transmisión de calor que se emplee. Por eso, para definir los componentes de esta tecnología, describiremos los distintos tipos de secaderos.

1. Secaderos por conducción. Son típicos de la industria papelera, donde la banda de papel húmedo se seca por contacto con la superficie exterior de un cilindro hueco en cuyo interior se condensa vapor de agua.

2. Secaderos por convección. Pueden ser de convección natural al aire, pero son mucho más frecuentes los secaderos de convección forzada utilizándose como fluido caliente los humos procedentes de una combustión o aire calentado eléctricamente o por otros medios.

2.1 De gases calientes: pueden ser de varios tipos, entre los que destacan:

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Tipo tambor giratorio. Está constituido por un cilindro tubular más o menos inclinado que puede girar a distintas velocidades. El producto a secar entra por la parte más alta del tambor, y debido a la lenta rotación del secadero, avanza por el mismo y se mezcla íntimamente, gracias a unos dispositivos interiores adecuados, siendo secado por los gases que se introducen en el tambor.

De lecho fluidizado. Los gases se introducen en el lecho a contracorriente a través de una mufla (horno) que los calienta, y fluidiza las partículas sólidas a secar, que se introducen por arriba desde una tolva y son descargadas por la parte inferior.

2.2 De aire caliente. Pueden adoptar multitud de formas entre las que destacan:

Secaderos a presión atmosférica:

• Estufas de secado.
• Armarios de secado.
• Secaderos de toberas.
• Canales de secado.
• Secaderos de bandejas anulares.

Tipo flash: en los que el producto es transportado neumáticamente por un fluido que actúa simultáneamente como transportador y como agente de secado. Están constituidos por un tubo elevador vertical en el que la corriente de aire caliente va de abajo a arriba, arrastrando el producto a secar en forma de grano fino, que se separa luego con uno o varios ciclones.

3. Secaderos por radiación. El producto es sometido a radiación, operando normalmente en continuo y con radiación infrarroja.

4. Secaderos combinados. En ellos, el secado se realiza por dos o más de las formas de transferencia de calor antes citadas.

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5. Secaderos de vacío. Reducen la temperatura de evaporación del agua mediante la operación a presión reducida (vacío). Son especialmente indicados para operaciones de liofilización. Su uso es necesario cuando:

• El producto a secar no admite prácticamente calentamiento y se requiere rapidez en el proceso. Se opera a la presión de vapor correspondiente a la máxima temperatura que admita el producto.
• Se intenta recuperar el líquido que eliminamos del producto por su valor u otra circunstancia, condensándolo a la salida.
• La substancia a desecar se descompone en presencia del aire.

6. Secaderos de alta frecuencia, por dielectricidad. El calentamiento y desecación se produce al someter al cuerpo a una corriente eléctrica que genera calor por efecto Joule.

El secado de productos, como ya se ha visto, se puede realizar con secaderos (energía térmica) o con otros medios, mecánicos o químicos.

La principal ventaja del uso de secaderos térmicos es que el grado de eliminación de la humedad puede llegar a ser muy alto, frente a, por ejemplo, el secado mecánico por compresión, que frecuentemente necesita de un posterior secado térmico.

El principal inconveniente de estos secaderos es su alto consumo energético, debido en gran parte al gran calor latente de vaporización del agua, lo que requiere de un alto aporte térmico en el secadero.

También podemos señalar que en el caso de secado de gases húmedos, los mejores resultados se obtienen con métodos de absorción química y no con secaderos.

5.1 Aplicaciones industriales del secado

Los campos industriales en los que los procesos de secado tienen una gran importancia se muestran en la siguiente tabla.

Las industrias agroalimentarias y papeleras son las usuarias más importantes de los procesos de secado, que supone un consumo de más del 60 % del total en dicho campo industrial.

En los campos industriales textil, químico, cemento y materiales de construcción, la energía consumida en los procesos de secado supone del 25 % al 35 % del consumo energético total.

5.2 Aplicaciones de los distintos tipos de secaderos

Secaderos de tambor rotativo:

• Lignito y otros carbones.
• Productos pétreos
• Escorias
• Minerales
• Productos químicos
• Productos agrícolas

Secaderos tipo flash:

• Materias pulverulentas
• Materias sensibles al calor, porque el secado es corto
• Productos fluidos viscosos, en extracto o pastosos

Estufas de secado:

• Productos agrícolas

Armarios de secado:

• Secado no continuo de cargas pequeñas

Canales de secado:

• Cuero
• Productos agrícolas
• Secado semicontinuo de cargas variables

Secaderos de bandejas:

• Productos en bruto que puedan pelarse, de naturaleza pulverulenta, cristalina, pastosa o en trozos

Secaderos de lecho fluidizado:

• Productos que debido a su fuerte humedad no puedan secarse en el secadero de flujo continuo

Secaderos de contacto:

• Materias líquidas en caldo y pastosas que deban secarse en operaciones cortas
• Tejidos
• Papel, celulosa, cartón

Secaderos de vacío:

• Materias sensibles a la oxidación a bajas temperaturas
• Fibras sintéticas

Secaderos dieléctricos:

• Maderas preciosas
• Cerámicas

6.1 Recuperadores directos

Con muchos productos no es posible funcionar con temperaturas altas del aire a la entrada del secadero porque se deteriorarían. En estos casos, la eficiencia térmica se puede incrementar volviendo a calentar parte del aire y recirculándolo a través del secadero, con el consiguiente ahorro energético que esto supone.

A continuación se citan algunos secaderos con recuperación de calor:

• Secaderos turbo de bandejas: cuando no importa el contacto directo entre los gases de combustión y el producto
• Secaderos de chorro de aire: se consigue una uniformización casi total del aire de secado y al mismo tiempo una recirculación parcial del aire ya utilizado

6.2 Recuperadores indirectos

Suponen un ahorro energético por aumentar la eficiencia térmica del equipo, de igual forma que los recuperadores directos.

Lecho fluidizado con tubos térmicos: se utiliza para procesar tandas intermitentes de producto. Los conductos de entrada y de salida de aire están contiguos, lo que permite la utilización de tubos térmicos para la recuperación de calor.

Sistemas bi-transfer: utilizan un tercer fluido como vehículo de transporte de calor entre el aire de entrada y de salida, en lugar de realizarse un intercambio directo entre ellos.

Intercambiadores de tubos y aletas: precalientan los gases de secado.

Bomba de calor: extrae calor del secadero condensando la humedad del aire saliente y recirculando el aire seco al interior de la cámara de secado. El calor absorbido por el circuito de la bomba se puede emplear para calefacción de la planta.

6.3 Reconversión del proceso de secado

1. Modificación de la forma de secado. Se trata de, en cada caso, buscar el tipo de secadero con consumo energético mínimo, y realizar un estudio económico para valorar la sustitución de éste por el actual.

2. Modificación de las condiciones de funcionamiento del secadero. Incluye varias medidas de ahorro:

• Calentar al máximo posible el aire o los gases de secado
• Saturar de humedad al máximo el aire o los gases de salida
• Recircular los vahos de salida parcialmente
• Utilizar los calores sensible y latente de los vahos de salida para precalentar el aire comburente
• Recuperar el calor residual sensible del producto secado
• Presecar el producto previamente en corrientes naturales o forzadas de aire atmosférico
• Recuperar otros calores residuales de la fábrica para calentamiento del aire de entrada al secadero
• Utilizar gases de calderas u hornos
• Utilizar gases de escape de máquinas térmicas en el presecado o en el secado, según conveniencias

3. Mínimo secado posible. Se debe entender este punto en dos aspectos diferentes:

• Secar el mínimo posible en términos absolutos. Esto implica que no hay que reducir la humedad del producto por debajo del contenido en humedad de equilibrio con el ambiente en el que se va a dejar posteriormente, ya que recuperaría nuevamente parte de la humedad perdida.
• Secar el mínimo posible en secadero, lo cual implica que el producto debe secarse por otros medios antes de introducirlo en el secadero. Para ello se deben evitar humedecimientos previos de cualquier tipo, y en el caso de productos agrícolas, deben recolectarse los productos cuando están lo más secos posible.

6.4 Control del grado de secado

Se debe estudiar la curva de secado del producto, para garantizar el futuro equilibrio entre la humedad del producto secado y la del ambiente donde será depositado.

6.5 Aislamiento de secaderos

Necesario para minimizar pérdidas tanto en el hogar como a través de las paredes y del techo del secadero propiamente dicho.

Información complementaria: ver Ficha Sistemas de recuperación de calor: aprovechamiento de calor residual.