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 la venta o el envasado de los productos. Para que se considere "seco", el producto final debe ser sólido, en forma de 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 en polvo, leche en polvo). Suelen implicar una fuente de calor y un agente para eliminar el vapor producido por el proceso. En bioproductos como alimentos, cereales y productos farmacéuticos como las vacunas , el disolvente que se elimina 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 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 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 caliente para proporcionar la energía y unos aspiradores extraen el vapor fuera de la sala. Por el contrario, la extracción mecánica del disolvente, por ejemplo agua, mediante filtración o centrifugación , no se considera "secado", sino más bien "drenaje".

En algunos productos con 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 período limitado, a menudo conocido como "período de velocidad de secado constante". Generalmente, en este período, se elimina 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 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 decreciente) y finalmente 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 velocidad decreciente, 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 de contenido de humedad. Esto significa que el agua se mueve de 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 contracción y deformación, excepto en un proceso de liofilización 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 "limitada por transferencia de masa". Esto se observa ampliamente en productos higroscópicos como frutas y verduras, donde el secado ocurre en el período de velocidad decreciente, considerándose insignificante el período de velocidad de secado constante. ^{[ 2 ]}

A continuación se describen algunos métodos generales de secado:

• Aplicación de aire caliente ( secado convectivo 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 para el secado. En el período de velocidad decreciente, 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 hacia 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 contraen y casi se cierran, lo que lleva a la formación de una costra o "endurecimiento superficial", que generalmente es indeseable. Por ejemplo, en el secado de madera, el aire se calienta (lo que acelera el secado) aunque también se le agrega algo de vapor (lo que dificulta la velocidad de secado en cierta medida) para evitar la deshidratación superficial excesiva y la deformación del producto debido a los altos gradientes de humedad a través del espesor de la madera. El secado por pulverización 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, temperaturas más altas en la pared aceleran el secado, pero esto se ve limitado por la degradación del producto o el endurecimiento superficial. El secado en tambor pertenece a esta categoría.
• El secado dieléctrico (absorción de radiofrecuencia o microondas dentro del material) es objeto de intensa investigación en la actualidad. Puede utilizarse para complementar el secado al aire o al vacío. Los investigadores han descubierto que el secado con microondas acelera la velocidad de secado, que de otro modo sería muy baja, al final de los métodos de secado clásicos. El secado con microondas al vacío se utiliza para la ración experimental de asalto de combate cercano del Ejército de los EE. UU. ^{[ 3 ]}
• La liofilización es un método de secado en el que el disolvente se congela antes del proceso y luego se sublima , es decir, pasa directamente de la fase sólida a la fase gaseosa, por debajo del punto de fusión del disolvente. Se aplica cada vez más a alimentos secos, más allá de sus aplicaciones farmacéuticas o médicas ya clásicas. Conserva las propiedades biológicas de las proteínas y retiene vitaminas y compuestos bioactivos. La presión se puede reducir mediante una bomba de alto vacío (aunque la liofilización a presión atmosférica es posible 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 opera a temperaturas muy bajas, fuera de la cámara de liofilización.
• El secado supercrítico (secado con vapor sobrecalentado) consiste en el secado con vapor de productos que contienen agua. Este proceso es viable porque el agua del producto se evapora y se incorpora al medio de secado, aumentando su caudal. Generalmente se emplea en circuito cerrado y permite recuperar parte del calor latente mediante recompresión, una característica que no es posible con el secado convencional con aire, por ejemplo. El proceso tiene potencial para su uso en alimentos si se lleva a cabo a presión reducida, para disminuir 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 de las condiciones climáticas, por lo que es necesario diseñar una estrategia adecuada de encendido y apagado del ventilador, teniendo en cuenta la temperatura del aire, la humedad relativa, el contenido de humedad y la temperatura del material que se está secando. Los granos se secan progresivamente con esta técnica, y el tiempo total (incluyendo los periodos de encendido y apagado del ventilador) puede variar de una semana a varios meses, si se tolera un periodo de reposo invernal en zonas frías.

• Reacción de deshidratación
• Sala 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). Manual del ingeniero químico . 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