El secado es un proceso de transferencia de masa que consiste en la eliminación de agua u otro disolvente [1] mediante 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 cereales o hojuelas de maíz) o polvo (p. ej., 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 "escurrido".
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, conocido a menudo como "período de velocidad de secado constante". 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 tasa 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 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 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 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 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 motriz para el secado. En el período de caída de la velocidad, 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 demasiado caliente puede deshidratar casi por completo la superficie sólida, de modo que sus poros se contraen y casi se cierran, lo que conduce a la formación de costras o "endurecimiento", lo que normalmente no es deseable. Por ejemplo, en el secado de madera, se calienta el aire (lo que acelera el secado), aunque también se le añade algo de vapor (lo que dificulta en cierta medida la velocidad de secado) para evitar una deshidratación excesiva de la superficie y la deformación del producto debido a la alta humedad. gradientes a lo largo del 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 secado en tambor, secado al vacío. Nuevamente, temperaturas más altas de la pared acelerarán el secado, pero esto está limitado por la degradación del producto o el endurecimiento. El secado en tambor pertenece a esta categoría.
El secado dieléctrico (absorción de radiofrecuencia o microondas dentro del material) es objeto de intensas investigaciones hoy en día. Puede usarse 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 de asalto de combate cuerpo a cuerpo experimental del ejército de EE. UU. [3]
La liofilización o liofilización es un método de secado en el que el disolvente se congela antes del secado y luego se sublima , es decir, se 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 ya clásicas aplicaciones farmacéuticas o médicas. Mantiene las propiedades biológicas de las proteínas y retiene vitaminas y compuestos bioactivos. La presión se puede reducir mediante una bomba de alto vacío (aunque es posible liofilizar 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 liofilización.
El secado supercrítico (secado con vapor sobrecalentado) implica el secado con vapor de 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. Generalmente se emplea en circuito cerrado y permite recuperar una proporción del calor latente mediante recompresión, una característica que no es posible con el secado al aire convencional, por ejemplo. El proceso tiene potencial para su uso en alimentos si se lleva a cabo a presión reducida, para reducir 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 encendido y apagado del ventilador) puede durar desde una semana hasta varios meses, si se puede tolerar un descanso invernal en las zonas frías.
Aplicaciones del secado
formación de película
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. [4]
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 provenientes de procesos de saneamiento.
^ "secado: definición de secado según el diccionario, tesauro y enciclopedia gratuitos en línea". Farlex . Consultado el 23 de abril de 2011 .
^ Onwude, Daniel I.; Hashim, Norhashila; Janius, Rimfiel B.; Nawi, Nazmi Mat; Abdán, Khalina (4 de febrero de 2016). "Modelado del secado en capa fina de frutas y verduras: una revisión" (PDF) . Revisiones completas en ciencia de los alimentos y seguridad alimentaria . 15 (3): 599–618. doi : 10.1111/1541-4337.12196 . PMID 33401820.
^ Kord, Tyler (29 de junio de 2019). "Cocinar (y reducir) la ración de combate moderna". www.yahoo.com .
^ Carroll, Gregory T.; Jongejan, Mahthild GM; Pijper, Dirk; Feringa, Ben L. (2010). "Generación espontánea y modelado de toroides de superficie polimérica quirales". Ciencia Química . 1 (4): 469. doi : 10.1039/c0sc00159g. ISSN 2041-6520.
^ Strande, L., Ronteltap, M., Brdjanovic, D. (eds.) (2014). Libro sobre gestión de lodos fecales (FSM): enfoque de sistemas para su implementación y operación Archivado el 14 de octubre de 2017 en Wayback Machine . IWA Publishing, Reino Unido ( ISBN 9781780404738 )
