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2. Principios de transferencia de calor. Principios de transferencia de masa. Agua libre y agua ligada, diferencias.

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2. Principios de transferencia de calor. Principios de transferencia de masa. Agua libre y agua ligada, diferencias.

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1. Transferencia de calor por:

Conducción: Este proceso implica la transferencia de calor a través de un medio estacionario, como un sólido. En la conducción, el calor se transfiere de partícula a partícula a lo largo de un gradiente de temperatura, sin que las partículas se muevan globalmente. La ley de Fourier describe matemáticamente la conducción del calor en términos de la conductividad térmica del material y el gradiente de temperatura.

Convección: La convección implica la transferencia de calor a través de un fluido en movimiento, como un líquido o un gas. Este proceso combina tanto la transferencia de calor por conducción dentro del fluido como la transferencia de calor por transporte del fluido. La convección puede ser natural (debido a diferencias de densidad causadas por gradientes de temperatura) o forzada (cuando se aplica una fuerza externa para mover el fluido).

Radiación: La radiación es la transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas, como la luz visible o el calor infrarrojo, y puede ocurrir en el vacío. No requiere un medio material para propagarse y puede transferir calor a través del espacio. La cantidad de calor transferido por radiación depende de la diferencia de temperatura entre los objetos y de las propiedades radiativas de las superficies involucradas.

2. Transferencia de masa:

Difusión: La difusión es el movimiento de partículas o moléculas de un componente por gradiente de concentración desde la zona más concentrada a la menos concentrada. Este proceso ocurre por la tendencia natural de las partículas a distribuirse uniformemente en un medio con el fin de acercarse al equilibrio.

Convección: Al igual que en la transferencia de calor, la convección en la transferencia de masa implica el movimiento de un componente a través de un fluido en movimiento. La convección puede ser natural (causada por gradientes de concentración) o forzada (con la aplicación de una fuerza externa para mover el fluido).

Adsorción: La adsorción implica la adhesión de moléculas de un componente a una superficie sólida. Esto puede ocurrir a través de enlaces químicos o fuerzas físicas como la van der Waals. La desorción es el proceso inverso, en el que las moléculas adsorbidas se liberan de la superficie sólida.

Permeación: La permeación es el proceso por el cual un componente atraviesa un material poroso, como una membrana. Este proceso puede ser importante en aplicaciones como la separación de gases o la filtración.

Evaporación y condensación: Estos procesos implican la transferencia de masa entre una fase líquida y una fase gaseosa. La evaporación es la conversión de un líquido en vapor, mientras que la condensación es la conversión de un vapor en líquido.

Destilación: La destilación es un proceso de separación que aprovecha las diferencias en las tasas de evaporación de los componentes de una mezcla líquida. Se utiliza comúnmente para purificar líquidos y separar mezclas de líquidos miscibles o inmiscibles.

3. Agua libre y ligada:

Agua libre:

El agua libre se encuentra en estado líquido y puede moverse libremente dentro del material.

Este tipo de agua es fácilmente extraíble mediante procesos de secado relativamente suaves, como el secado al aire o el secado por convección.

El agua libre contribuye significativamente a la humedad total del material y puede evaporarse con relativa facilidad cuando se aplica calor o se reduce la presión.

Agua ligada:

El agua ligada está fuertemente unida a las superficies de los sólidos o a las moléculas de los sólidos a nivel molecular.

Este tipo de agua no está disponible para el intercambio libre y, por lo tanto, no se elimina fácilmente durante los procesos de secado convencionales.

La eliminación del agua ligada generalmente requiere condiciones más extremas, como altas temperaturas o la adición de productos químicos para romper los enlaces de hidrógeno.

La principal diferencia entre el agua libre y el agua ligada radica en su capacidad para moverse dentro del material y su disponibilidad para la eliminación durante los procesos de secado. Mientras que el agua libre puede ser fácilmente eliminada mediante técnicas de secado convencionales, el agua ligada está más fuertemente unida al material y puede requerir condiciones más extremas para su eliminación.

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 3- Temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco.

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 3- Temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco.

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La temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco son dos mediciones utilizadas en meteorología y en ingeniería para caracterizar el estado del aire y calcular parámetros como la humedad relativa y la humedad absoluta. Aquí está la diferencia entre ambas:

1. Temperatura de bulbo seco:

La temperatura de bulbo seco es la temperatura que se mide con un termómetro de bulbo seco estándar.

Este termómetro mide la temperatura del aire sin considerar la humedad presente en el ambiente.

La temperatura de bulbo seco es la medida convencional de temperatura que todos conocemos y usamos comúnmente.

2. Temperatura de bulbo húmedo:

La temperatura de bulbo húmedo se mide utilizando un termómetro de bulbo húmedo, que tiene su bulbo cubierto con una tela que se humedece con agua.

Cuando el bulbo húmedo está expuesto al aire y se evapora el agua, el enfriamiento resultante reduce la temperatura registrada en el termómetro.

La temperatura de bulbo húmedo es siempre igual o menor que la temperatura de bulbo seco, dependiendo de la humedad del aire.

Esta temperatura se utiliza para calcular la humedad relativa y otros parámetros relacionados con la humedad del aire utilizando tablas o fórmulas específicas.

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Las curvas de secado son representaciones gráficas que muestran como varía la humedad de un sistema respecto al tiempo durante un proceso de secado.

Estas curvas son fundamentales para comprender y controlar el proceso de secado en diversas aplicaciones industriales, ya que proporcionan información sobre cómo se puede eliminar eficazmente la humedad de un material.

Las curvas de secado son fundamentales para identificar parámetros clave del proceso que incluyen la velocidad, la temperatura y la duración del secado. Un buen control y seguimiento de estos parámetros garantizan la calidad del producto final y la eficacia del proceso de secado.

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Las curvas de velocidad de secado son gráficos que muestran la tasa o velocidad de eliminación de humedad de un material en función del tiempo durante un proceso de secado.

Estas curvas son esenciales para entender cómo cambia la velocidad de secado a lo largo del proceso y cómo afectan los diferentes parámetros operativos, como la temperatura, la velocidad del aire y la humedad relativa.

La curvas de velocidad de secado permiten identificar los puntos óptimos de operación donde se logra la máxima velocidad de secado con la menor energía posible. Además, ayudan a predecir y controlar la duración del proceso, lo que es fundamental para garantizar la calidad del producto final y la eficiencia del sistema.

Las curvas de velocidad de secado sirven como herramientas valiosas en la ingeniería de procesos para maximizar la productividad y minimizar los costos en operaciones de secado industriales.

Son importantes porque proporcionan información crucial para optimizar el proceso de secado.

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1- Principios que rigen la operación de secado.  

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1- Principios que rigen la operación de secado.  

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Dos procesos fundamentales tienen lugar durante el secado de sólidos: la transferencia de calor para evaporar líquido y la transferencia de masa como líquido o vapor dentro del sólido y como vapor desde la superficie del sólido. La velocidad de secado depende de los factores que gobiernan la transferencia de calor y masa.

1. Transferencia de Calor:

Debido a que el secado de sólidos húmedos es, por definición, un proceso térmico, la transferencia de calor es de importancia primordial en el secado. Aunque la difusión puede ser importante en algunos tipos de secado, las tasas de secado suelen estar limitadas por la transferencia de calor. Los mecanismos principales de transferencia de calor son los siguientes: conducción desde una superficie caliente que contacta el material, convección desde un gas que contacta el material, radiación desde un gas caliente o una superficie caliente, y calentamiento dieléctrico o de microondas en campos eléctricos de alta frecuencia que generan calor dentro del material húmedo.

2. Transferencia de Masa:

El secado puede estar limitado por la transferencia de masa en el secado por convección. En el secado por convección, el primer agua en evaporarse es la que está junto al gas que se mueve a través de la superficie de los sólidos húmedos. Después de un período inicial de calentamiento, la velocidad de movimiento del agua hacia la superficie es lo suficientemente rápida como para que la superficie permanezca saturada, y la tasa de secado permanezca constante durante un período de tiempo llamado período de tasa de secado constante. Durante este período, la transferencia de masa está limitada por una capa límite de gas en la superficie de los sólidos.

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6- Tipos de secadores, fundamentos de funcionamiento y aplicaciones.

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6- Tipos de secadores, fundamentos de funcionamiento y aplicaciones.

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1. Secador por Aspersión:

En el secador por aspersión, una solución líquida se atomiza en pequeñas gotas mediante una boquilla y se introduce en una corriente de aire caliente. Las gotas de líquido se secan rápidamente en el aire caliente, formando partículas sólidas que luego se recogen.

Este tipo de secador se utiliza ampliamente en la industria alimentaria para producir polvos de alimentos como leche en polvo, café soluble y proteínas en polvo. También se usa en la industria farmacéutica para secar medicamentos en forma de polvo.

2. Secador al Vacío:

En el secador al vacío, el material húmedo se coloca en un recipiente sellado y se somete a un vacío parcial. La presión reducida disminuye el punto de ebullición del agua, lo que facilita su evaporación a temperaturas más bajas.

Este tipo de secador se utiliza en la industria química y farmacéutica para secar materiales sensibles al calor y en la producción de productos sensibles a la temperatura, como liofilizados y extractos naturales.

3. Secador de Tambor Rotativo:

En el secador de tambor rotativo, el material húmedo se introduce en un tambor giratorio. A medida que el tambor gira, el material entra en contacto con el aire caliente que circula a través del tambor, lo que provoca la evaporación de la humedad.

Este tipo de secador se utiliza en la industria de la minería y procesamiento de minerales para secar concentrados de minerales y productos químicos. También se utiliza en la industria de la agricultura para secar granos y piensos.

4. Secador de Lecho Fluidizado:

En el secador de lecho fluidizado, el material húmedo se coloca en un lecho poroso a través del cual se hace pasar una corriente de aire caliente. El aire fluye a través del lecho, levantando y fluidizando el material, lo que aumenta la superficie de contacto entre el material y el aire caliente, facilitando la evaporación.

Este tipo de secador se utiliza en la industria química y farmacéutica para secar materiales granulares, cristalinos y en polvo. También se utiliza en la industria alimentaria para secar granos, semillas y cereales

5. Secador de Ventana Refractiva:

En el secador de ventana refractiva, el material húmedo se coloca en una cámara hermética expuesta a la radiación infrarroja de una ventana refractiva. La radiación infrarroja calienta el material y provoca la evaporación de la humedad.

Este tipo de secador se utiliza en la industria alimentaria para secar productos sensibles al calor, como frutas, verduras y hierbas. También se utiliza en la industria farmacéutica para secar productos sensibles a la temperatura y en la industria química para secar productos en polvo y cristalinos.

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7-  ¿Cómo caracterizaría un producto obtenido tras una operación de secado? (para al menos 3 métodos de secado)

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7-  ¿Cómo caracterizaría un producto obtenido tras una operación de secado? (para al menos 3 métodos de secado)

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Secado en Secador de Ventana Refractiva:

El producto obtenido mediante el secador de ventana refractiva se presenta en forma de láminas delgadas, con una textura que puede variar desde crujiente hasta flexible, dependiendo de la composición y el tratamiento térmico.

Este método de secado utiliza radiación infrarroja para evaporar el agua de manera rápida y eficiente, preservando así las propiedades nutricionales y organolépticas del producto. Este método de secado permite un control preciso de la humedad residual, lo que resulta en un producto con una humedad específica deseada. Además, el rápido secado reduce el tiempo de exposición del producto al calor, lo que ayuda a mantener sus características sensoriales y su calidad general. El producto final resultante es ligero, de color natural y presenta una textura óptima para su aplicación en una variedad de industrias, incluyendo la alimentaria y la farmacéutica.

Secado al Vacío:

Después del secado al vacío, el producto suele presentarse en forma sólida o en polvo, dependiendo de su naturaleza y composición. La textura del producto puede ser más densa en comparación con el secado por aspersión debido al proceso de deshidratación lenta.

El color del producto puede ser ligeramente más oscuro debido a la exposición prolongada a temperaturas moderadas durante el secado. Aquí se conservan mejor los sabores y aromas naturales del producto debido al secado a baja temperatura y la ausencia de oxígeno.

El producto resultante puede ser menos fácilmente dispersable en líquidos que el producto obtenido mediante otros métodos de secado, pero conserva sus propiedades nutricionales y organolépticas.

Secado por Aspersión:

El producto obtenido después del secado por aspersión se presenta típicamente en forma de gránulos finos o polvo fino. Es de color uniforme y textura homogénea. La humedad residual se reduce significativamente, lo que resulta en un producto seco y estable.

El aroma y sabor (para alimentos) del producto se conservan bien, ya que el secado rápido a alta temperatura minimiza la degradación de los compuestos volátiles. Los gránulos o polvo son fácilmente dispersables en líquidos y se disuelven rápidamente, lo que facilita su uso en diversas aplicaciones.

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Propuesta downstream para concentración y purificación de ácido láctico obtenido en fermentación acidoláctica de Rastrojos de Maíz por Bacillus coagulans.

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Excel con el Balance para el ácido láctico

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Excel con el Balance para el ácido láctico

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Diagrama downstream para obtención de ácido láctico

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Diagrama downstream para obtención de ácido láctico

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Diagrama de proceso Downstream en Superpro

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Video Final de la propuesta downstream grupo 8