Secado: Definición - Clasificación y Aplicación en la Industria.

Secado: Definición - Clasificación y Aplicación en la Industria

Introducción

El secado consiste en eliminar la humedad de materiales naturales o industriales para obtener sólidos secos, asegurando una alta calidad del producto, alta productividad y bajos costos de mantenimiento. Puede utilizarse para tratar productos alimentarios, textiles, papel, madera, cerámica, minerales, aguas residuales, productos farmacéuticos o biotecnológicos. El secado se puede aplicar a sólidos, líquidos y gases.

Definición

Consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente bajo. El secado es por lo común la etapa final de una serie de operaciones y, con frecuencia, el producto que se extrae de un secador está listo para ser empaquetado. El agua u otros líquidos pueden separarse de los sólidos de manera mecánica mediante prensas o centrífugas, o bien de modo térmico mediante evaporación.

Tipos de Secados

Una forma de agrupar los diferentes tipos de equipos de secado es agrupar los secadores para sólidos granulares o sólidos y pastas semisólidas y los secadores que procesan alimentos líquidos o suspensiones.

A.   Secadores para sólidos y pastas:

1. Secadores de platos perforados:

Los secadores de platos resultan convenientes cuando la velocidad de producción es pequeña. Prácticamente pueden secar cualquier producto. Con frecuencia, se utilizan en el secado de materiales valiosos tales como colorantes y productos farmacéuticos. El secado por circulación de aire sobre capas estacionarias de sólidos es lento y, por consiguiente, los ciclos de secado son largos; de 3 a 48 horas por carga.

Los secadores por platos pueden operar al vacío, casi siempre con calentamiento indirecto. Los platos se sitúan sobre placas metálicas huecas que se calientan con vapor de agua o con agua caliente o bien los mismos platos están provistos de espacios para un complemento fluido El vapor que sale del solido se retira mediante un eyector o bomba de vacío.

2.  Secadores de tamices transportadores:

Los secaderos de tamiz transportador operan de forma continua y suave con una gran variedad de sólidos; en su coste es razonable, y el consumo de vapor de agua es bajo, siendo típico el valor de 2lb de vapor de agua por lb. de agua evaporada. El aire puede circular desde una sección a otra en contracorriente con el sólido. Estos secaderos son especialmente aplicables cuando las condiciones de secado han de modificarse notablemente a medida que disminuye el contenido de humedad del sólido.

3. Torres de secado:

Un secadero de torre contiene una serie de bandejas dispuestas unas encima de otras sobre un eje central rotatorio. La alimentación de sólidos se introduce sobre la bandeja superior y está expuesta a una corriente de aire o gas caliente que pasa sobre la bandeja. El sólido es después descargado por medio de una rasqueta y pasa a la bandeja inmediatamente inferior. De esta forma va circulando a través del secadero, descargando el producto seco por el fondo de la torre. Los flujos de gas y de sólido pueden ser en corrientes paralelas o en contracorriente. Los ventiladores de turbina hacen circular el aire o el gas hacia fuera entre algunas bandejas, pasando sobre los elementos de calefacción, y hacia dentro entre otras bandejas. Las velocidades del gas son generalmente de 2 a 8 pies/s (0,6 a 2,4m/s). Las dos bandejas inferiores del secadero constituyen una sección de enfriamiento de los sólidos secos. El aire precalentado generalmente se introduce por el fondo de la torre y se expulsa por la parte superior, dando lugar a flujo en contracorriente. Un turbo secadero funciona parcialmente con secado superficial, como en un secadero de torre, y parcialmente en forma de lluvia de partículas cuando éstas caen de una bandeja a otra.

4. Secadores rotatorios:

Un secadero rotatorio consiste en una carcasa cilíndrica giratoria, dispuesta horizontalmente o ligeramente inclinada hacia la salida. Al girar la carcasa, unas pestañas levantan los sólidos para caer después en forma de lluvia a través del interior de las carcasas. La alimentación entra por un extremo del cilindro y el producto seco descarga por el otro. Los secadores rotatorios se calientan por contacto directo del gas con los sólidos, por gas caliente que pasa a través de un encadenamiento externo, o por medio de vapor de agua que condensa en último de estos tipos recibe el nombre de secadero rotatorio con tubos instalados sobre la superficie interior de la carcasa. El último de estos tipos recibe el nombre de secadero rotatorio con tubos de vapor de agua. En un secadero rotatorio directo-indirecto el gas caliente pasa primeramente a través del encamisado y luego a través del encamisado y luego a través de la carcasa, donde se pone en contacto con los sólidos. Los secaderos rotatorios de este tipo se utilizan con frecuencia para sal, azúcar y todo tipo de materiales granulares y cristalinos que han de mantenerse limpios y que no se pueden exponer directamente a gases de combustión muy calientes.

5. Secadores de tornillo transportador:

Un secadero de tornillo transportador es un secadero continuo de calentamiento indirecto, que consiste esencialmente en un transportador horizontal de tornillo (o un transportador de palas) confinado dentro de una carcasa cilíndrica encamisada. La alimentación de sólido entra por el otro extremo. El vapor que se desprende se retira a través de una serie de tuberías situadas en la parte superior de la carcasa. La carcasa tiene un diámetro de 3 a 24pulgadas (75 a 600mm) y una longitud mayor se instalan varios transportadores unos encima de otros formando una bancada. Con frecuencia en una bancada de este tipo la unidad inferior está a temperatura más baja, debido a que el sólido seco, antes de su descarga, es enfriado con agua u otro refrigerante que circula por el encamisado.

Los secaderos de tornillo transportador tratan sólidos que son demasiado finos y demasiado espesos para operar con un secadero rotatorio. Están conjuntamente cerrados y permiten recuperar los vapores de disolvente con poco y ninguna dilución con aire. Cuando se les acopla un alimentador adecuado, pueden operar a un vacío moderado. Por tanto, pueden adaptarse a la separación y recuperación continua de disolventes volátiles a partir de sólidos húmedos con disolventes, procedentes de operaciones de lixiviación. Por esta razón a veces se les llama recuperadores de disolvente. Un tipo de secaderos relacionados con este equipo son los secaderos se película delgada.

6. Secadores de lecho fluidizado:

Los secaderos en lo que los sólidos estén fluidizados por el gas de secado se utilizan en diversos problemas de secado. Las partículas se fluidizan con aire o con gas en una unidad de lecho hirviente. La mezcla y la transmisión de calor son muy rápidas. La alimentación húmeda se introduce por la parte superior del lecho y el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo. En el secadero hay una distribución al azar de los tiempos de residencia, siendo el tiempo medio típico de permanencia de una partícula en el secadero de 30 a 120s cuando solamente se vaporiza líquido superficial, y de 15 a 30 minutos si también hay difusión interna. Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura seca del gas fluidizante a la salida; por consiguiente, los materiales técnicamente sensibles han de secarse en un medio suspendido relativamente frío. Aun así, el gas de entrada puede estar caliente ya que la mezcla es tan rápida que la temperatura es prácticamente uniforme en todo el lecho e igual a la temperatura de salida del gas. Si hay partículas finas, que entran con la alimentación o bien que se forman por la abrasión del lecho fluidizado, puede existir un considerable transporte de sólidos con el gas que sale y ser necesario instalar ciclones y filtros de mangas para la recuperación de finos. Algunos secaderos de lecho fluidizado poseen compartimientos fluidizados separados, a través de los cuales pasan secuencialmente los sólidos desde la entrada hasta la salida. Reciben el nombre de secaderos de flujo pistón y en ellos el secado pueden variar de un compartimiento fluidizado con gas frío con el fin de enfriar los sólidos antes de la descarga.

7. Secadores flash:

En un secadero flash se transporta un sólido húmedo pulverizado durante pocos segundos en una corriente de gas caliente. El secado tiene lugar durante el transporte. La velocidad de transmisión de calor desde el gas hacia las partículas de sólido suspendido es elevada y el secado es rápido, de forma que son se requieren más de 3 o 4 segundos para evaporar toda la humedad del sólido. La temperatura del gas es elevada-con frecuencia del orden de 1200 grados F a la entrada-, pero el tiempo de contacto es tan corto que la temperatura del sólido raramente supera los 100 grados F durante el secado. Por tanto, el secado Flash se puede aplicar a materiales sensibles que en otro tipo de secaderos tendrían que secarse indirectamente con un medio de calefacción mucho más frío.

B.   Secadores para disoluciones y suspensiones:

Algunos secaderos evaporan completamente disoluciones y suspensiones hasta sequedad por medios térmicos. Ejemplos típicos son los secadores de pulverización, los secaderos de película delgada y secadera de tambor.

1. Secadores de pulverización:

En un secadero de pulverización se dispersa una disolución o suspensión en una corriente de gas caliente formando una niebla de gotas finas. La humedad es rápidamente evaporada de las gotitas para formar   partículas residuales de sólido seco que después se separan de la corriente gaseosa. Los flujos de gas y líquido pueden ser en corrientes paralelas, en contracorriente o una combinación de ambos en una misma unidad.

Las principales ventajas de los secaderos de pulverización son el corto tiempo de secado, que permite el secado de materiales altamente sensibles al calor, y la producción de partículas esféricas huecas. La consistencia, densidad global, apariencia y propiedades de flujo deseadas para algunos productos, tales como alimentos o detergentes sólidos; pueden ser difíciles o imposibles de obtener mediante cualquier otro tipo de secadero. Los secaderos de pulverización también tienen la ventaja de producir, a partir de una disolución, suspensión, o pata cremosa, en una sola etapa un producto se pueda envasar fácilmente.

Considerando exclusivamente su acción se secado, los secaderos de pulverización no son muy eficaces. Generalmente se pierde mucho calor con los gases que salen. Son de gran tamaño, con frecuencia de 80pies (25m) o más de altura, y no siempre resultan de operación sencilla.

2. Secadores de película delgada:

En algunos casos pueden ser competitivos con los secaderos de pulverización los secaderos de película delgada, que pueden aceptar una alimentación líquida o una suspensión para dar lugar a un producto sólido que fluye libremente. Generalmente se construyen en dos secciones; la primera de ellas es un secadero agitador vertical. Aquí la mayor parte del líquido se separa de la alimentación, y el sólido parcialmente húmedo descarga en la segunda sección, donde el contenido residual del líquido del material procedente de la primera sección se reduce hasta el valor deseado.

La eficacia térmica de los secaderos de la película delgada es elevada y se produce una escasa pérdida de sólidos ya que poco o nada de gas se retira de la unidad. Son útiles para separar y recuperar disolventes de productos sólidos. Son relativamente caros y están limitados en cuanto al área de transmisión de calor.

3. Secadores de tambor:

Un secadero de tambor consiste en uno o más rodillos metálicos calentado, en cuya superficie exterior se evapora hasta sequedad una delgada capa de líquido. El sólido seco es retirado de los rodillos a medida que estos giran lentamente. El líquido de alimentación queda confinado en la parte superior de los rodillos y limitado por placas estacionarias.

Los secaderos de doble tambor son eficaces con disoluciones diluidas, disoluciones concentradas de materiales muy solubles, así como con suspensiones de partículas relativamente finas. No son adecuados para disoluciones de sales de solubilidad baja o para suspensiones de sólidos abrasivos que sedimentan y crean una presión excesiva entre los tambores.

Aplicación en la Industria

En la industria alimentaria, el proceso de secado es esencial para prolongar la vida útil de los productos y mantener su calidad. Existen diversas técnicas de secado que se utilizan en diferentes aplicaciones, desde la deshidratación de frutas y verduras hasta la producción de alimentos en polvo.

Obtención de la leche en polvo, al hacer gotear la leche desde la parte superior del secador, esta pasa a ser polvo debido al aire caliente que circula por el cuerpo del secador, es decir, pasa de tener 88% en líquido y 12% de sólido a solo 3% de humedad y 97% de sólido; al agregarle lecitina de soja esta se vuelve soluble al agua.

Referencias

v  Brennan, J. et a. 1980. Las operaciones de la ingeniería de los alimentos. 2° ed. Ed. Acribia, S.A. Zaragoza (España). pp 319

v  Dr. Jose Rodiles López, D. R. (09 de Septiembre de 2020). TecnoAgro. Obtenido de

https://tecnoagro.com.mx/no.-143/secado-en-la-industria-de-alimentos

v  McCabe,Warren.(2002)Operaciones Unitarias en Ingeniería Química(6º,ed)

Mexico:Ed Mc Graw Hill.pag:857-870.

v  Nonhebel, G. El Secado de Sólidos en la Industria Química. 1ª ed. España; 2002

v  Operaciones Unitarias en Ingeniería Química (Warren L.McCabe - Julian

C.Smith – PeterHarriott)

v  Ribas, L. (1 de Enero de 2009). heladeria. Obtenido de

https://www.heladeria.com/articulos-heladeria/a/200901/3048-leche-en-polvo-produccion-y-formulacion

 

Video Explicativo