2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.2 Velocidad de secado

Se define la velocidad de secado como la pérdida de humedad del sólido húmedo por unidad de tiempo, y más exactamente por el cociente diferencial (-dX/dθ) operando en condiciones constantes de secado, es decir con aire a las condiciones de temperatura, presión, humedad y velocidad constantes en el tiempo.

Analíticamente, la velocidad de secado se refiere por unidad de área de superficie de secado, de acuerdo con la ecuación:

 

Donde :
S = peso del sólido seco;
A =área de la superficie expuesta;
W =velocidad de secado;
= diferencia de humedad respecto del tiempo.

Hay dos períodos de velocidad de secado:

A) Período antecrítico o de velocidad de secado constante: En este período la superficie del sólido está totalmente cubierta por una capa de líquido y la evaporación dependerá solo de la velocidad de difusión del vapor o de la intensidad de paso de calor a través de la capa límite del aire. Esta velocidad de secado vendrá dada por:

 
Donde:

= coeficiente de transporte de materia
= humedad en la interfase
= humedad en el seno del aire

Atendiendo a la intensidad de paso de calor, si el calor se emplea exclusivamente en evaporar la humedad, la velocidad de secado vendrá dada por:

 
Donde = coeficiente integral de transmisión de la calor
= calor latente de vaporización del líquido a la temperatura de interfase
i t son la temperatura en el seno del aire

B) Período poscrítico: En general este período se puede dividir en dos tramos: uno en el que la velocidad de secado varia linealmente con la humedad desde el punto crítico (primer período poscrítico), y otro en el que no se cumple esta variación lineal (segundo período poscrítico), aunque puede no presentarse esta separación neta entre ambos tramos. Durante el primer período poscrítico, la velocidad de secado está regida por la evaporación del agua sobre la fracción de superficie mojada; esta fracción disminuye continuamente hasta que al final de este período la superficie está seca. Se puede calcular la velocidad de secado en cualquier instante de este período en función de las velocidades y humedades crítica y final correspondientes a este período, de acuerdo con la ecuación:



Durante el segundo período poscrítico la superficie está totalmente seca y la velocidad de secado ha de evaluarse atendiendo al proceso de transporte de humedad desde el interior del sólido hasta la superficie, que se puede realizar por diversos mecanismos. Si el mecanismo de transporte se realiza por difusión (caso de los sólidos de estructura continua tales como jabones, maderas, papeles, etc.) la velocidad de secado viene dada por:

 
Y el tiempo de secado entre las humedades X1 y X2 será:



Siendo γ el peso específico del sólido seco, kilogramos por metro cúbico; z el espesor, metros; D la difusividad, metros cuadrados por hora.
En el caso de que el mecanismo de transporte este controlado por el flujo capilar (caso de sólidos granulares, tales como arenas, pigmentos, etc.) el tiempo de secado entre las humedades X₁ y X₂ vendrá dado por la ecuación:



con la que se supone que la velocidad de secado varía linealmente con la humedad hasta que se alcanza el equilibrio.

Para los sólidos de estructura capilar uniforme cuando los capilares no son muy pequeños y la estructura no varía durante el secado, las zonas de evaporación se reducen uniformemente en el material durante el período poscrítico, y estas zonas permanecen con una humedad igual a la crítica y temperatura igual a la temperatura húmeda. En cualquier instante, el espesor de la capa seca e está relacionado con la humedad X por la expresión:



El coeficiente integral de transmisión de la calor entre el aire que fluye al largo de la superficie del sólido y la zona de evaporación viene dada por:



Y la velocidad de secado será:



Combinando estas dos ecuaciones resulta:



Y de acuerdo con esta expresión el tiempo de secado será: