El secado

El Secado es un proceso de transferencia de masa que consiste en la eliminación de agua u otro disolvente 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 ser considerado "seco", el producto final debe ser sólido, en forma de hoja continua (p. ej., papel), trozos largos (p. ej., madera), partículas (p. ej., granos de cereal o copos de maíz) o polvo (por ejemplo, arena, sal, detergente en polvo, 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, cereales 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 elimina 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 es eliminado por el sistema de vacío. Otra técnica indirecta es el secado en tambor (utilizado, por ejemplo, para fabricar hojuelas de patata), donde se utiliza una superficie calentada para proporcionar energía y aspiradores extraen el vapor fuera de la habitación. Por el contrario, la extracción mecánica del disolvente, por ejemplo agua, mediante filtración o centrifugación, no se considera "secado" sino más bien "drenaje".

Mecanismo de secado

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 "período de velocidad de secado constante" 34;. Por lo general, durante este período lo que se elimina es la humedad superficial fuera de las partículas individuales. 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 máxima de secado alcanzable tiene una transferencia de calor limitada. Si se continúa el secado, la pendiente de la curva, la velocidad de secado, se vuelve menos pronunciada (período de velocidad decreciente) y eventualmente tiende a volverse casi horizontal en tiempos muy prolongados. El contenido de humedad del producto es entonces constante en el "contenido de humedad de equilibrio", donde, en la práctica, está en equilibrio con el medio deshidratante. En el período de caída de la tasa, la migración de agua desde el interior del producto a la superficie se produce principalmente por difusión molecular, es decir, el flujo de agua es proporcional al gradiente del contenido de humedad. Esto significa que el agua pasa de zonas con mayor contenido de humedad a zonas con valores más bajos, fenómeno explicado por la segunda ley de la termodinámica. Si la eliminación de agua es considerable, los productos suelen sufrir contracción y deformación, excepto en un proceso de liofilización bien diseñado. La velocidad de secado en el período de velocidad descendente está controlada por la velocidad de eliminación de humedad o disolvente del interior del sólido que se seca 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.

Métodos de secado

Los siguientes son algunos métodos generales de secado:

• Aplicación de aire caliente (convecto o secado 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 motriz para el secado. En el período de caída, a medida que el contenido de humedad cae, los sólidos se calientan y las temperaturas superiores 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 a la temperatura del aire. El aire excesivamente caliente casi puede deshidratarse completamente la superficie sólida, de modo que sus poros se encojan y casi cerca, lo que conduce a la formación de corteza o al endurecimiento del caso, que generalmente es indeseable. Por ejemplo, en el secado de madera (timber), el aire se calienta (que acelera el secado) aunque también se le agrega un poco de vapor (que dificulta la tasa de secado en cierta medida) para evitar la deshidratación superficial excesiva y la deformación del producto debido a altos gradientes de humedad a través del espesor de la madera. El secado de rayos pertenece a esta categoría.
• Secado indirecto o de contacto (calentamiento a través de una pared caliente), como secado de tambor, secado al vacío. Una vez más, las temperaturas de pared más altas acelerarán el secado, pero esto está limitado por la degradación del producto o el endurecimiento de caso. El secado de tambor pertenece a esta categoría.
• El secado dieléctrico (radiofrecuencia o microondas que se absorben dentro del material) es el foco de la intensa investigación actual. Se puede utilizar para ayudar a secado de aire o secado de vacío. Los investigadores han encontrado que el acabado de microondas acelera la tasa de secado muy baja al final de los métodos clásicos de secado. El secado de microondas de vacío se utiliza para la Ración de Agresión de Combate Close del Ejército de Estados Unidos.
• El secado o la liofilización es un método de secado donde el disolvente se congela antes del secado y luego se sublime, es decir, pasa a la fase de gas directamente desde la fase sólida, debajo del punto de fusión del disolvente. Se aplica cada vez más a los alimentos secos, más allá de sus ya clásicas aplicaciones farmacéuticas o médicas. Conserva propiedades biológicas de proteínas y conserva vitaminas y compuestos bioactivos. La presión se puede reducir mediante una bomba de vacío alta (aunque el secado de congelación a presión atmosférica es posible en aire seco). Si se utiliza una bomba de vacío, el vapor producido por la sublimación se retira del sistema convirtiéndola en hielo en un condensador, operando a temperaturas muy bajas, fuera de la cámara de secado de congelación.
• El secado supercrítico (secado de vapor sobrecalentado) implica el secado de vapor de productos que contienen agua. Este proceso es factible porque el agua en el producto se calienta, y se une al medio de secado, aumentando su flujo. Por lo general se emplea en circuito cerrado y permite recuperar una proporción de calor latente por recompresión, una característica que no es posible con el secado de aire convencional, por ejemplo. El proceso tiene potencial de uso en los alimentos si se realiza a baja presión, para bajar el punto de ebullición.
• El secado de aire natural tiene lugar cuando los materiales se secan con aire forzado sin calefacción, aprovechando su potencial de secado natural. El proceso es lento y depende del tiempo, por lo que una estrategia sabia "fan off-fan on" debe ser ideada teniendo en cuenta las siguientes condiciones: Temperatura del aire, humedad relativa y contenido de humedad y temperatura del material que se está secando. Los granos secan cada vez más con esta técnica, y el tiempo total (incluido el ventilador y los períodos) puede durar de una semana a varios meses, si un descanso invernal puede ser tolerado en zonas frías.

Aplicaciones del secado

Formación cinematográfica

En la industria de recubrimientos y adhesivos, el secado se utiliza para curar películas a base de solventes. En algunos casos pueden producirse películas muy estructuradas. Por ejemplo, la evaporación del disolvente de una solución que contiene un polímero helicoidal da como resultado una serie muy ordenada de estructuras toroidales aplastadas.

Comida

Los alimentos se secan para inhibir el desarrollo microbiano y el deterioro de la 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 un contenido de humedad que permita la estabilidad microbiana durante el almacenamiento. Las verduras se escaldan antes de secarlas para evitar que se oscurezcan rápidamente, y el secado no sólo se lleva a cabo para inhibir el crecimiento microbiano, sino también para evitar que se oscurezcan durante el almacenamiento. En el caso de los frutos secos, 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 asegurar la inhibición del desarrollo microbiano. Otros productos, como las galletas saladas, se secan más allá del umbral de crecimiento microbiano para conferir una textura crujiente, que gusta a los consumidores.

Productos no alimentarios

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 de volumen y peso.

Lodos y materias fecales procedentes de procesos de saneamiento

En el área de saneamiento, el secado de lodos de depuradora de plantas de tratamiento de aguas residuales, lodos fecales o heces recolectadas en inodoros secos con desviación de orina (UDDT) es un método común para lograr la eliminación de patógenos, ya que los patógenos solo pueden tolerar un cierto nivel de sequedad. . Además, el secado es necesario como paso del proceso si se pretende incinerar los materiales a base de excrementos.