El secado

El secado es un proceso de transferencia de masa que consiste en la eliminación de agua u otro disolvente ^[1] por evaporación de un sólido , semisólido o líquido . Este proceso se utiliza a menudo como paso final de producción antes de vender o envasar productos. Para que se considere "seco", el producto final debe ser sólido, en forma de una lámina continua (p. ej., papel), piezas largas (p. ej., madera), partículas (p. ej., granos de cereales o copos de maíz) o polvo (p. ej., arena, sal, detergente, leche en polvo). A menudo intervienen una fuente de calor y un agente para eliminar el vapor producido por el proceso. En bioproductos como alimentos, granos y productos farmacéuticos como vacunas , el disolvente que se debe eliminar es casi invariablemente agua. La desecación puede ser sinónimo de secado o considerarse una forma extrema de secado.

En el caso más común, una corriente de gas, por ejemplo, aire, aplica el calor por convección y se lleva el vapor en forma de humedad . Otras posibilidades son el secado al vacío , donde el calor se suministra por conducción o radiación (o microondas ), mientras que el vapor así producido se elimina mediante el sistema de vacío . Otra técnica indirecta es el secado en tambor (utilizado, por ejemplo, para la fabricación de copos de patata), donde se utiliza una superficie calentada para proporcionar la energía y los aspiradores extraen el vapor fuera de la habitación. Por el contrario, la extracción mecánica del disolvente, por ejemplo, agua, por filtración o centrifugación , no se considera "secado", sino más bien "drenaje".

En algunos productos que tienen un contenido de humedad inicial relativamente alto, se puede observar una reducción lineal inicial del contenido de humedad promedio del producto en función del tiempo durante un tiempo limitado, a menudo conocido como un "período de velocidad de secado constante". Por lo general, en este período, es la humedad de la superficie fuera de las partículas individuales la que se elimina. La velocidad de secado durante este período depende principalmente de la velocidad de transferencia de calor al material que se está secando. Por lo tanto, se considera que la velocidad de secado máxima alcanzable está limitada por la transferencia de calor. Si el secado continúa, la pendiente de la curva, la velocidad de secado, se vuelve menos pronunciada (período de velocidad de caída) y finalmente tiende a volverse casi horizontal en tiempos muy largos. El contenido de humedad del producto es entonces constante en el " contenido de humedad de equilibrio ", donde está, en la práctica, en equilibrio con el medio deshidratante. En el período de velocidad de caída, la migración de agua desde el interior del producto a la superficie se realiza principalmente por difusión molecular, es decir, el flujo de agua es proporcional al gradiente de contenido de humedad. Esto significa que el agua se mueve desde zonas con mayor contenido de humedad a zonas con valores más bajos, un fenómeno explicado por la segunda ley de la termodinámica . Si la eliminación de agua es considerable, los productos suelen sufrir encogimiento y deformación, excepto en un proceso de secado por congelación bien diseñado. La velocidad de secado en el período de velocidad decreciente está controlada por la velocidad de eliminación de humedad o disolvente del interior del sólido que se está secando y se denomina "transferencia de masa limitada". Esto se observa ampliamente en productos higroscópicos como frutas y verduras, donde el secado se produce en el período de velocidad decreciente y se dice que el período de velocidad de secado constante es insignificante. ^[2]

Los siguientes son algunos métodos generales de secado:

• Aplicación de aire caliente ( secado por convección o directo). El calentamiento del aire aumenta la fuerza de secado para la transferencia de calor y acelera el secado. También reduce la humedad relativa del aire , aumentando aún más la fuerza impulsora del secado. En el período de velocidad descendente, a medida que disminuye el contenido de humedad, los sólidos se calientan y las temperaturas más altas aceleran la difusión del agua desde el interior del sólido hasta la superficie. Sin embargo, las consideraciones de calidad del producto limitan el aumento aplicable de la temperatura del aire. El aire excesivamente caliente puede deshidratar casi por completo la superficie del sólido, de modo que sus poros se encogen y casi se cierran, lo que lleva a la formación de costra o "endurecimiento superficial", que generalmente es indeseable. Por ejemplo, en el secado de madera, se calienta el aire (lo que acelera el secado) aunque también se le agrega algo de vapor (que dificulta la velocidad de secado hasta cierto punto) para evitar la deshidratación excesiva de la superficie y la deformación del producto debido a los altos gradientes de humedad en el espesor de la madera. El secado por aspersión pertenece a esta categoría.
• Secado indirecto o por contacto (calentamiento a través de una pared caliente), como el secado en tambor o el secado al vacío. Nuevamente, las temperaturas de pared más altas acelerarán el secado, pero esto está limitado por la degradación del producto o el endurecimiento superficial. El secado en tambor pertenece a esta categoría.
• El secado dieléctrico (radiofrecuencia o microondas absorbidas dentro del material) es el foco de una intensa investigación en la actualidad. Puede utilizarse para ayudar al secado al aire o al vacío. Los investigadores han descubierto que el secado final por microondas acelera la velocidad de secado, que de otro modo sería muy baja, al final de los métodos de secado clásicos. El secado por microondas al vacío se utiliza para la ración experimental de combate cuerpo a cuerpo del ejército de los EE. UU. ^[3]
• La liofilización o secado por congelación es un método de secado en el que el disolvente se congela antes del secado y luego se sublima , es decir, pasa a la fase gaseosa directamente desde la fase sólida, por debajo del punto de fusión del disolvente. Se aplica cada vez más a los alimentos secos, más allá de sus aplicaciones farmacéuticas o médicas ya clásicas. Mantiene las propiedades biológicas de las proteínas y conserva las vitaminas y los compuestos bioactivos. La presión se puede reducir mediante una bomba de alto vacío (aunque es posible el secado por congelación a presión atmosférica en aire seco). Si se utiliza una bomba de vacío, el vapor producido por la sublimación se elimina del sistema convirtiéndolo en hielo en un condensador, que funciona a temperaturas muy bajas, fuera de la cámara de secado por congelación.
• El secado supercrítico (secado con vapor sobrecalentado) consiste en secar con vapor productos que contienen agua. Este proceso es factible porque el agua del producto se evapora y se une al medio de secado, aumentando su flujo. Normalmente se emplea en circuito cerrado y permite recuperar una parte del calor latente mediante recompresión, una característica que no es posible con el secado al aire convencional, por ejemplo. El proceso tiene potencial para usarse en alimentos si se lleva a cabo a presión reducida, para bajar el punto de ebullición.
• El secado al aire natural se produce cuando los materiales se secan con aire forzado sin calentar, aprovechando su potencial de secado natural. El proceso es lento y depende del clima, por lo que se debe idear una estrategia inteligente de "ventilador apagado-ventilador encendido" considerando las siguientes condiciones: temperatura del aire, humedad relativa y contenido de humedad y temperatura del material que se está secando. Los granos se secan cada vez más con esta técnica, y el tiempo total (incluidos los períodos de ventilador apagado y encendido) puede durar desde una semana hasta varios meses, si se puede tolerar un descanso invernal en áreas frías.

En la industria de recubrimientos y adhesivos, el secado se utiliza para curar películas a base de solventes. En algunos casos, pueden resultar películas altamente estructuradas. Por ejemplo, la evaporación del solvente de una solución que contiene polímero helicoidal da como resultado una matriz altamente ordenada de estructuras toroidales aplastadas. ^[4]

Los alimentos se secan para inhibir el desarrollo microbiano y la pérdida de calidad. Sin embargo, el grado de secado depende del uso final del producto. Los cereales y las semillas oleaginosas se secan después de la cosecha hasta alcanzar el contenido de humedad que permite la estabilidad microbiana durante el almacenamiento. Las verduras se blanquean antes del secado para evitar que se oscurezcan rápidamente, y el secado no solo se lleva a cabo para inhibir el crecimiento microbiano, sino también para evitar que se doren durante el almacenamiento. En cuanto a las frutas secas, la reducción de la humedad actúa en combinación con su contenido de ácido y azúcar para brindar protección contra el crecimiento microbiano. Productos como la leche en polvo deben secarse hasta alcanzar contenidos de humedad muy bajos para garantizar la fluidez y evitar el apelmazamiento. Esta humedad es inferior a la necesaria para garantizar la inhibición del desarrollo microbiano. Otros productos, como las galletas saladas, se secan más allá del umbral de crecimiento microbiano para conferirles una textura crujiente, que gusta a los consumidores.

Entre los productos no alimentarios, algunos de los que requieren un secado considerable son la madera (como parte del procesamiento de la madera), el papel, el lino y el detergente en polvo. Los dos primeros, debido a su origen orgánico, pueden desarrollar moho si no se secan lo suficiente. Otro beneficio del secado es la reducción del volumen y el peso.

En el área de saneamiento , el secado de lodos de depuradora , lodos fecales o heces recolectadas en sanitarios secos con desvío de orina (UDDT) es un método común para lograr la eliminación de patógenos , ya que estos solo pueden tolerar un cierto nivel de sequedad. Además, el secado es necesario como paso del proceso si los materiales a base de excrementos se van a incinerar. ^[5]

• Reacción de deshidratación
• Cuarto de secado

1. Greensmith, M. (1998). Deshidratación práctica . Woodhead Publishing, Ltd.
2. Genskow, LR; Beimesch, WE; Hecht, JP; Kemp, IC; Langrish, T.; Schwartzbach, C.; Smith, (F).L. (2007). Chemical Engineers' Handbook . Mc Graw Hill Professional. pp. Capítulo 12 (Enfriamiento evaporativo y secado de sólidos).
3. AS, Mujumdar (1998). Manual de Secado Industrial . Boca Ratón: Prensa CRC.

• Maquinaria para el secado de materiales sólidos