1

SECADEROS

Introducción

El secado suele ser la etapa final de los procesos antes del empaque y permite que muchos

materiales sean más adecuados para su manejo. El secado o la deshidratación de materiales

biológicos se usa también como técnica de preservación.

El término secado se refiere por lo general a la eliminación de la humedad de una sustancia,

indica también la remoción de otros líquidos orgánicos, tales como, disolventes orgánicos de los

materiales sólidos. Por ejemplo una solución puede “secarse” esparciendo en forma de

pequeñas gotas en un gas caliente y seco, lo que provoca la evaporación del disolvente.

En el presente informe trataremos de manera general los distintos tipos de secaderos y sus

aplicaciones y se hará un análisis más detallado de los secaderos de madera.

2

Conocimientos previos

Humedad absoluta: en una mezcla aire agua la humedad absoluta se define como la masa de

vapor de agua por unidad de masa de aire seco. Esta definición solo depende de la presión

parcial (Pa) del vapor de agua en el aire y de la presión total (P).

𝑋 =𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜

Humedad de saturación: aire saturado es aquel en el que el vapor de agua está en equilibrio

con el agua líquida en las condiciones prevalecientes de presión y temperatura. En esta mezcla

la presión parcial del vapor de agua en la mezcla aire-agua es igual a la presión de vapor (𝑃𝑣𝑎)

del agua para la presión establecida.

𝑋𝑠 =𝑀𝐴(𝑃𝑉𝐴)

𝑀𝐵(𝑃 − 𝑃𝑉𝐴)

Porcentaje de humedad: es la relación de la humedad real (X) del aire y de la humedad (Xs) que

tendría el aire si estuviera saturado a las mismas condiciones de presión y temperatura.

𝐻𝑃 =𝑋

Xs× 100

Humedad relativa: la cantidad de saturación de una mezcla aire-vapor de agua también puede

expresarse como la relación de la presión parcial a la presión de vapor de agua, a la misma

temperatura.

𝐻𝑟 =𝑃𝐴

𝑃𝑉𝐴× 100

Punto de rocío: la temperatura a la que cierta mezcla de aire y vapor de agua debe estar

saturada, se llama temperatura de punto de rocío.

Temperatura de bulbo seco: es la temperatura que tendría una mezcla de aire- vapor expuesta

en forma ordinaria al bulbo seco del termómetro.

Temperatura de bulbo húmedo: es la temperatura de estado estable y no de equilibrio que se

alcanza cuando se ponen en contacto una pequeña cantidad de agua con una corriente continua

de gas en condiciones de estado estable. Se determina sumergiendo el termómetro con su

bulbo recubierto en una gasa húmeda en una corriente de aire-vapor de agua cuya temperatura

es (T), temperatura de bulbo seco.

Humedad de equilibrio: supóngase un sólido húmedo que se pone en contacto con una

corriente de aire, humedad absoluta y temperatura constante. Se usa un gran exceso de aire,

por lo que las condiciones permanecen invariables. Después de haber expuesto el sólido por

tiempo suficiente, para alcanzar el equilibrio, llegara el momento en que dicho solido tendrá un

contenido de humedad definido. A este valor se le conoce como contenido de humedad de

equilibrio del material, (𝑋∗) bajo las condiciones de humedad y temperatura del aire.

3

Higroscopicidad: permite que la madera gane o pierda humedad según condiciones del medio

que la rodea.

Estabilidad de la madera: La madera obtendrá estabilidad dimensional cuando su contenido

de humedad (CH) alcance un equilibrio con el contenido de humedad del ambiente. Para

asegurar la mayor estabilidad dimensional, conviene secar la madera a un CH que represente el

promedio del lugar en donde ésta prestará servicio.

Formas de transmisión de calor: Las formas de transmisión de calor son tres:

Conducción: Es la típica en sólidos. La energía se transmite por vibración entre moléculas

contiguas.

Convección: Característica de los fluidos. El calor se transmite por mezcla entre moléculas

con mayor energía y otras de menor energía. Radiación: El calor se transmite desde una fuente radiante hasta un cuerpo, sólido o fluido,

sin necesitar un medio material para su transferencia.

4

Secaderos y su consumo en la industria

Se denominan secaderos a los equipos que eliminan o reducen el agua (humedad) de un producto utilizando energía calorífica.

Las partes básicas de un secadero son:

Hogar: donde se generan los gases calientes que aportarán el calor necesario para la

operación de secado. Si el secadero es eléctrico, esta parte no existe.

Cámara de secado: es el secadero propiamente dicho.

Ventiladores: que impulsan el aire caliente a través del secadero.

La principal ventaja del uso de secaderos térmicos es que el grado de eliminación de la

humedad puede llegar a ser muy alto, frente a, por ejemplo, el secado mecánico por compresión, que frecuentemente necesita de un posterior secado térmico.

El principal inconveniente de estos secaderos es su alto consumo energético, debido en gran parte al gran calor latente de vaporización del agua, lo que requiere de un alto aporte térmico en el secadero.

Las industrias agroalimentarias y papeleras son las usuarias más importantes de los procesos de secado, que supone un consumo de más del 60 % del total en dicho campo industrial.

En los campos industriales textil, químico, cemento y materiales de construcción, la energía consumida en los procesos de secado supone del 25 % al 35 % del consumo energético total.

Proceso de secado En el proceso de secado deben distinguirse tres tiempos:

Periodo AB: Es el periodo de calentamiento inicial del producto en el cual la velocidad de

secado aumenta.

Periodo BC: La velocidad de secado permanece constante y es independiente del sólido.

Periodo CD: La humedad superficial ya ha sido eliminada y ahora es preciso evaporar la

humedad interna, que ha de emigrar a la superficie. La velocidad de secado decrece.

5

Clasificación de los métodos de secado

1) Según el método de operación:

a) Secado por lotes: cuando el material que se introducen en el equipo de secado, el proceso se verifica por un periodo de tiempo; es una operación relativamente cara, en consecuencia se limita a operaciones de pequeña escala, a plantas pilotos y a trabajos de investigación. b) Secado continuo: donde el material se añade sin interrupción al equipo de

secado, se obtiene material seco con régimen continuo. Generalmente el equipo es pequeño en comparación con la cantidad de producto, la operación se integra fácilmente con la producción química continua, sin necesidad de almacenamiento intermedio, el producto final tiene un contenido más uniforme de humedad y el costo del secado por unidad de producto es relativamente pequeño.

2) Según el método de obtención de calor:

a) Secado directo: el calor se obtiene directamente por contacto directo de la

sustancia con el gas caliente en el cual tiene lugar la evaporación.

b) Secado indirecto: el calor se obtiene independientemente del gas que se utiliza

para acarrear la humedad evaporada. Por ejemplo: el calor puede obtenerse por

conducción a través de una pared metálica con contacto con la sustancia o

calentamiento dieléctrico.

c) Secado por congelación: para sustancias que no pueden calentarse, pueden

secarse mediante este método. La sustancia que se va a secar generalmente se congela

mediante a exposición a aire muy frio y se coloca en cámara de vacío, donde la humedad

se sublima.

3) Según la naturaleza de la sustancia que se va a secar: la sustancia puede ser un sólido

rígido, frágil o fuerte; o un material flexible, o una pasta ligera, etc. La forma física de la

sustancia y los diferentes métodos de manejo necesarios tienen tal vez la mayor influencia

sobre el método de secado y el secador que se utilizará.

Tipos de secaderos

Los secaderos son equipos extremadamente variables en forma y componentes, dependiendo

de la aplicación industrial, del estado que presente el producto a secar, y de la forma de

transmisión de calor que se emplee.

La clasificación detallada en la siguiente tabla es de acuerdo al método de obtención de calor,

donde se aprecian las distintas aplicaciones de cada uno de ellos.

6

Secaderos directos

Tipo Aplicaciones principales

De horno Para lúpulo y malta, rodajas de frutas

De cabina Para frutas y vegetales.

De bandejas o compartimientos Trabajos a escala y plantas pilotos

De túnel Para frutas y hortalizas troceados

De cinta continua Para solidos granulares

De lecho fluidizado Es aplicado tanto en escala comercial como

experimental, para solidos granulares o troceados.

Por atomización Para soluciones como leche, derivados de huevo,

extractos de levadura, productos farmacéuticos, etc.

Rotatorio Aplicaciones en la industria de productos alimenticios e

industrias agroquímica, Ej: semillas.

Neumático

Para productos sólidos y como equipo secundario en la

preparación de lecho y productos del secado por

atomización.

Secadores indirectos

Tipo Aplicación

De tambor Para sustancias en forma líquida o puré.

De vacío y cámara de calefacción Para productos muy sensibles al calor como jugos de

frutas concentrados

Otros tipos

Tipo Aplicación

Secador continuo de infrarrojo Para pastas, almidones, especias.

Por microondas De poca aplicación por ser antieconómico

Por congelación Alimentos sensibles al calor y fármacos.

7

A continuación se describe de forma general a los secaderos más importantes.

Secaderos por conducción

Son típicos de la industria papelera, donde la banda de papel húmedo se seca por contacto con la superficie exterior de un cilindro hueco en cuyo interior se condensa vapor de agua.

Secaderos rotatorios

El secador rotatorio constituye una de las formas más ampliamente utilizadas para el secado,

de una amplia gama de materiales, a nivel industrial, en forma rápida y con bajo costo unitario

cuando se trata de grandes cantidades. En este tipo de secador, el material húmedo es

continuamente elevado por la rotación del secador, dejándolo caer a través de una corriente de

aire caliente que circula a lo largo de la carcasa del secador. El flujo de aire puede ser tanto en

paralelo como en contracorriente. Los secadores de gran tamaño poseen, a continuación, un

enfriador del producto, que opera en base al mismo principio y con aire en contracorriente o un

enfriador en lecho fluidizado. Estos secadores se pueden diseñar para tiempos de secado

comprendidos entre 5 y 60 minutos y capacidad de secado desde unos pocos cientos de

kilogramos por hora hasta alcanzar las 200 t/h.

En la industria química su mayor uso es el secado de sales fertilizantes, como el sulfato nitrato,

fosfato de amonio y sales potásicas.

Son muy adecuados para el secado de productos granulares, con buenas características de

flujo que requieren tiempos de secado moderados. Pueden ser adaptados para manipular

materiales algo pegajosos mediante dispositivos especiales que disgreguen las costras sólidas

formadas. De hecho, la acción de volcado es beneficiosa dentro de ciertos límites para todos los

8

productos, pues se rompe la corteza semipermeable que se forma en la superficie de las

partículas que se secan, con lo cual se facilita la salida de la humedad desde el interior de las

partículas. Además se adecuan bastante bien para materiales termosensibles, en los casos en

que una restricción en la temperatura de secado no implique que el tiempo de secado tenga

que ser muy prolongado. Sin embargo, no son adecuados para las siguientes aplicaciones:

secado de barros, suspensiones, materiales muy pegajosos y materiales que requieran más de

una hora para el secado. Además, presentan limitaciones en el secado de materiales

polvorientos o livianos, los cuales son arrastrados fácilmente por la corriente gaseosa. En estos

casos deben tomarse en consideración los secadores rotatorios indirectos, como los más

adecuados.

Los secadores rotatorios pueden ser clasificados en dos tipos:

Secador rotatorio de cascada con calentamiento directo.

Secador por calentamiento indirecto.

Secador rotatorio de cascada con calentamiento directo:

El aire fluye a lo largo de la carcasa en contracorriente o en paralelo. La carcasa rotatoria

puede alcanzar los 3 m de diámetro; según la producción requerida, la longitud está

habitualmente comprendida entre cuatro y quince diámetros. Para provocar el desplazamiento

longitudinal del sólido que se está secando, la carcasa está montada con una pendiente

comprendida entre el 2.5 y el 5% (aunque algunas ocasiones los secadores en paralelo pueden

estar prácticamente horizontales). Unidas a la pared interna del cilindro del secador hay una

serie continua de elevadores. A medida que gira el secador, estos elevadores toman material y

lo arrojan en cascada dentro de la corriente gaseosa. El secador gira a una velocidad de 4 a 5

rpm. La velocidad del aire varía de 1.5 a 2.5 m/s, dependiendo del tamaño de las partículas a

secar y de la cantidad de polvo fino formado dentro del secador

9

Secador de calentamiento indirecto.

Un tipo de secador indirecto posee una carcasa rotatoria inclinada, como los secadores

directos, pero en lugar de elevadores está provisto de tubos que contienen vapor o agua

caliente. Los equipos pequeños poseen una sola fila de tubos, pero los equipos de mayor

tamaño emplean dos filas de tubos, de las cuales la interna está formada por tubos de menor

diámetro que los tubos de la fila externa.

La alimentación se calienta por contacto directo con los tubos sobre los cuales fluye formando

una delgada capa. Se inyecta aire a través del secador en cantidad suficiente para eliminar el

vapor de agua. El aire abandona el secador prácticamente saturado, por lo cual la cantidad

requerida, suele ser mucho menor que en un secador rotatorio directo. El problema de la

eliminación de polvo en el aire de salida está simplificado y en muchos casos es adecuada la

circulación natural del aire sin ayuda de ventiladores. La velocidad del aire se encuentra por lo

común alrededor de los 0,3 m/s.

El vapor de calefacción es introducido dentro de los tubos, y el condensado eliminado

mediante un distribuidor dispuesto en el extremo de descarga de los sólidos. Los sólidos secos

se descargan a través de aberturas practicadas en la carcasa, las cuales poseen una pestaña que

permite mantener un espesor de lecho suficiente.

Este secador es especialmente adecuado para materiales que presentan un período de secado

a velocidad decreciente prolongado y por ello deben mantenerse durante un largo tiempo a una

temperatura prácticamente constante. Por otra parte, la rotación evita la formación de terrones

de material y facilita la salida del vapor de agua. Puesto que hay poca pérdida de calor en la

corriente gaseosa que sale, su rendimiento térmico es elevado. Este equipo es adecuado para el

secado de materiales termosensibles, pues la temperatura máxima alcanzable puede ser

controlada con precisión al controlar la temperatura del fluido calefactor. No es adecuado para

el secado de materiales que formen costras adherentes sobre los tubos de calefacción.

Por razones de índole mecánica los secadores indirectos no pueden ser tan grandes como los

mayores secadores directos utilizados para producciones muy grandes, pero afortunadamente

las producciones de materiales para los que es particularmente adecuado este secador, son

relativamente pequeñas. Las dimensiones de las carcasas varían 1.5 a 3.0 m de diámetro y 10 a

20 m de longitud, y los tubos de calefacción tienen como dimensiones típicas las siguientes: fila

externa, 110 mm, y fila interna, 75 mm; obteniéndose coeficientes de transferencia de calor del

orden de los 2 KW/mºC.

10

Secadero de lecho fluidizado

La fluidificación puede ser definida como la suspensión y agitación de un lecho de material en partículas por efecto del flujo vertical de un gas. Este último envuelve todas las partículas del producto a secar, presentando la máxima superficie de intercambio posible.

Los secaderos pueden ser construidos en acero inoxidable o en acero al carbono. En casos particulares es posible realizar un revestimiento interno cuando el producto no puede estar en contacto con los metales.

Las partículas se fluidizan con aire o 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.

El tiempo medio típico de permanencia de una partícula en el secadero de 30 a 120 s cuando solamente se vaporiza líquido superficial, y de 15 a 30 min si también hay difusión interna. Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura seca del gas fluidizante a la salida; por consiguiente, los materiales térmicamente 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 puede ser necesario instalar ciclones y filtros de mangas para la recuperación de dichas partículas.

Una carga de sólidos húmedos se fluidiza en un contenedor perforado adosado al fondo de la cámara de fluidización, se calienta hasta que se seca y después se descarga. Estas unidades han desplazado a los secaderos de bandejas en numerosos procesos.

11

Secaderos de túnel

Un secador de túnel consiste en un recinto largo de sección radial relativamente pequeño y a través del cual circulan carros, cintas u otros transportadores que llevan el material que se secará. El calor requerido puede ser logrado por radiación o convección-conducción.

Normalmente se emplea aire caliente; cuando el aire fluye en igual sentido al del material, se tiene túnel de flujo en paralelo. El túnel es de flujo en contracorriente cuando el aire y el material fluyen en sentido opuesto. Algunos tipos de túnel presentan flujo paralelo-contracorriente, cuando la alimentación del aire se hace por el centro y la salida por los extremos.

En el flujo paralelo el aire puede tener altas temperaturas ya que la alta humedad inicial del material evita daños en el mismo, pero generalmente no se obtienen productos muy secos, ya que al final del proceso el aire ha obtenido alta humedad, por el contrario el de contracorriente permite obtener productos bastantes secos, pero limita la temperatura del aire.

El túnel del flujo paralelo-contracorriente combina las ventajas de emplear aire a alta temperatura: obtener productos muy secos; realmente puede ser considerado como dos túneles en un mismo recinto.

Un cuarto tipo de secador de túnel es el de flujo cruzado en el cual el aire fluye transversalmente a la dirección de flujo del material. Esté equipo permite emplear aire con diferentes temperaturas y grados de humedad.

Para materiales densos y granulados, se emplean bandas perforadas y el aire fluye por la parte inferior siendo forzado a atravesar el lecho móvil. Estos secadores reciben el nombre de

12

secadores de banda con circulación forzada, manejan una amplia variedad de sólidos, son de bajo costo y muy económicos en su operación.

Secaderos Infrarrojos

Los secadores infrarrojos son aparatos basados en transferencia de calor por radiación, empleando una fuente de calor radiante, como paneles o refractarios, calentados por vapor, gas o resistencias eléctricas. Los materiales manejados en los secadores infrarrojos deben estar exentos de polvo, ya que se corre el riesgo de explosiones; esta circunstancia obliga a que los materiales muy finos sean compactados para formar gránulos.

El altísimo costo de operación de estos secadores ha limitado su uso a casos muy especiales; requieren muy poco espacio y secan muy rápidamente la humedad de la superficie, lo que los hace útiles como equipos auxiliares para incrementar la capacidad del secado.

Una muy buena ventaja es que el calor radiante puede aplicarse localmente en las zonas húmedas de piezas grandes sin que se requiera calentar todo el objeto. Los secadores infrarrojos son empleados con muy buena eficiencia en procesos de liofilización.

13

Secadero con bomba de calor

La bomba de calor permite recuperar el calor latente de vaporización contenido en el vapor de agua que se elimina por las chimeneas en un secado convencional y volver a introducirlo dentro del secadero, con el consiguiente ahorro energético.

La bomba de calor (Fig.1) es básicamente un ciclo clásico de aire acondicionado constituido por cuatro componentes principales: el evaporador (1), el compresor (2), el condensador (3) y la válvula de expansión (4).

Fig. 1

El principio de este método aplicado al secado de la madera (Fig.1) consiste en hacer pasar el aire húmedo procedente del interior de la cámara de secado (5) por la batería fría o evaporador (1), la cual enfría el aire hasta alcanzar su punto de rocío.

La liofilización es un proceso en el que se congela el producto y posteriormente se introduce en

una cámara de vacío para realizar la separación del agua por sublimación. De esta manera se elimina

el agua desde el estado sólido al gaseoso del ambiente sin pasar por el estado líquido. Para acelerar el

proceso se utilizan ciclos de congelación-sublimación con los que se consigue eliminar prácticamente

la totalidad del agua libre contenida en el producto original, pero preservando la estructura molecular

de la sustancia liofilizada.

14

Una vez que se alcanza este punto, se condensa una cierta cantidad del vapor de agua contenido por el aire y se elimina en forma líquida. Esta condensación libera una cierta cantidad de energía (calor latente de evaporación del agua) que es absorbida por la propia batería fría (1) y pasada al fluido térmico que por ella circula y de aquí transportada a la batería caliente o condensador (3) por efecto del compresor (2). El aire procedente de la batería fría (7) es obligado a pasar por el condensador o batería caliente (3), donde es calentado y, eventualmente, humectado, pasando así al interior de la cámara (6).

El interés de la tecnología de la bomba de calor reside en la posibilidad de recuperar el calor latente de vaporización del agua en la propia batería fría, transfiriendo esta energía a la batería caliente mediante un fluido refrigerante. Por tanto todo el proceso se efectúa normalmente en circuito cerrado sin intercambio con el exterior. La única energía externa consumida en el proceso será la eléctrica necesaria para alimentar el compresor, encargado de recircular el fluido refrigerante.

De esta forma tan sencilla se consigue deshidratar el aire y mejorar el rendimiento energético del proceso, ya que se recupera una energía que de otra forma sería expulsada al exterior de la cámara. Si un secadero funcionara de forma absolutamente hermética, sin intercambio de aire con el exterior, sería posible rebajar a algo más de la mitad el gasto energético en el proceso de secado aunque a costa de alargar bastante el proceso.

Los secaderos por bomba de calor actuales son mucho más rápidos que los de hace 2 ó 3 años pero a costa de mayores consumos energéticos ya que para conseguirlo expulsan los excesos de humedad por las chimeneas (secaderos a circuito abierto) y las carencias de energía en ciertos momentos las compensan con el empleo de quemadores de gas-oil o gas.

Estos secaderos son más complejos porque en su interior se mezclan circuitos de agua con circuitos por cuyo interior circulan fluidos refrigerantes pero más sencillos porque dichos circuitos refrigerantes al ser más pequeños son menos propensos a las fugas y en caso de producirse éstas son de más económica reparación.

En la actualidad el secadero arranca con apoyo energético externo (encendiendo quemadores o caldera), lo cual empieza a producir evaporación de agua desde la madera y elevación del grado de humedad relativa dentro del secadero. Cuando la humedad relativa interior empieza a dispararse por encima del valor programado es cuando la bomba de calor empieza a funcionar para controlar este exceso de humedad, condensando agua y generando una recuperación de calor que es introducida dentro del secadero. Por este motivo una vez que la bomba comienza a meter calor dentro del secadero los quemadores o la caldera externa se apagan y sólo se encenderán si la temperatura cayera por debajo de un cierto valor de alarma. El exceso de humedad por encima de la que la bomba puede condensar se resuelve expulsando aire al exterior y dejando entrar aire fresco.

Al final del secado, cuando la sustancia está ya muy seca, apenas si hay humedad dentro del secadero y, sin embargo, la demanda energética en su interior es muy elevada, volviéndose a encender los sistemas de calefacción externos (quemadores/caldera) para elevar la temperatura en el interior.

15

Eventualmente si la humedad relativa cayera por debajo de un cierto valor que no se desea, se conectarían los sistemas auxiliares de humectación.

La bomba se emplea sólo para controlar la humedad relativa interior, generando un calor que es aprovechado para el secado. Cualquier exceso de humedad relativa (por encima del que pueda condensar la bomba) o de temperatura se resuelve abriendo trampillas y cualquier defecto de temperatura o de humedad relativa interiores, encendiendo los sistemas auxiliares de calefacción o de humectación, respectivamente.

Secado flash Esta operación consiste en introducir un sólido húmedo en una columna vertical por la cual

circula una corriente de aire caliente a alta velocidad.

Los materiales a procesar deben ser disgregables para un mayor contacto “aire-partícula” que facilite el secado en el corto tiempo de residencia.

Como consecuencia del diseño geométrico de la columna, la velocidad del aire es pulsante y gracias a la inercia de las partículas se producen velocidades relativas aire-partícula que redundan en altos coeficientes convectivos.

La corriente gaseosa y los sólidos se separan en separadores ciclónicos. En el caso de sólidos con demasiada humedad inicial, es posible utilizar el secadero agregando un sistema de recirculación de producto seco.

Ventajas de la utilización de secaderos flash:

1. Secado satisfactorio de productos termosensibles gracias a tiempos de residencia muy cortos y flujo co-corriente.

2. Bajos costos operativos por su alto rendimiento térmico.

16

3. El propio secadero transporta el producto, lo que evita un equipo adicional de transporte.

4. Permite su instalación a la intemperie, reduciendo inversiones en obra civil. 5. Grandes caudales de secado en operación continúa. 6. Mínima carga de mano de obra.

Aplicaciones:

• Acetato de celulosa • Ácidos orgánicos cristalizados • Ácido tartárico • Afrecho de trigo • Alimentos balanceados • Antraquinona • Arcillas • Arena • Bentonita • Carnarina • Caseína • Chips de madera • Colorantes • Estearatos • Fertilizantes • Heces de malta • Óxido de hierro • Sémolas • Pigmentos • Polipropileno • Poliestireno • Policloruro de vinilo • Subproductos de soja • Tabaco • Tartrato de calcio • Talco • Vinazas alcohólicas • Almidón de papa, mandioca y maíz

17

Secaderos de vacío

Reducen la temperatura de evaporación del agua mediante la operación a presión reducida (vacío). Son especialmente indicados para operaciones de liofilización. Su uso es necesario cuando:

El producto a secar no admite prácticamente calentamiento y se requiere rapidez en

el proceso. Se opera a la presión de vapor correspondiente a la máxima temperatura que

admita el producto.

Se intenta recuperar el líquido que eliminamos del producto por su valor u otra

circunstancia, condensándolo a la salida.

La substancia a desecar se descompone en presencia del aire.

Secaderos de alta frecuencia, por dielectricidad El calentamiento y desecación se produce al someter al cuerpo a una corriente eléctrica que genera calor por efecto Joule.

18

Secado por pulverización

El concepto básico del secado por pulverización consiste en la producción de polvos de alta

dispersión a partir de un fluido mediante la evaporación del disolvente, lo que se consigue

mezclando un gas calentado con un líquido atomizado (pulverizado) en gotas de elevada

relación superficie/masa, idealmente de igual tamaño, dentro de un tanque (cámara de secado),

que motiva que el disolvente se evapore uniforme y rápidamente a través del contacto directo.

El secado por pulverización puede utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones en las que se requiera la producción de un polvo fluente. Este método de deshidratación se ha convertido en el más apropiado en los siguientes campos: Productos farmacéuticos; amalgamas de tejidos mineralizados; bebidas; condimentos; colorantes y extractos de plantas; productos de leche y huevos; plásticos, polímeros y resinas; jabones y detergentes; tejidos y muchos otros.

19

Secaderos de maderas

Estructura de la Madera. Partes del Tronco La corteza es la cubierta protectora exterior y está conformada por tejidos muertos; sirve,

además de proteger al árbol de agentes externos de daño, para evitar la evaporación del agua del tronco.

El cámbium es el tejido generatriz ubicado entre la corteza interna y el sámago, produce la corteza hacia afuera y la madera hacia adentro. Si se daña al cámbium, la parte afectada muere.

El sámago o albura, parte viva de la madera generalmente de color claro, está situada entre el cámbiun y el duramen. Su contenido de humedad es mayor que el del duramen pero, seca más rápidamente que éste.

El duramen o madera de corazón, es la parte interna del tronco conformada por tejido muerto. Por lo general, esta madera es más oscura que la albura y su delimitación no siempre está bien definida.

La médula, es el núcleo central de un tronco. La madera cercana a la médula tiende a secar con más defectos que el resto del leño.

Anillos de crecimiento, son capas concéntricas de engrosamiento diametral, visibles en muchas especies, formadas por acción del cámbium.

20

Composición química de la madera La Celulosa: es el principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas.

Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya

longitud y espesor varía según el tipo de árbol o planta. De igual manera, el contenido de

celulosa varía según el tipo de árbol o planta que se considere.

Hemicelulosa: elemento que forma parte de la pared celular de la celulosa. Es una cadena de

glucosa más corta que la celulosa.

Lignina: Sustancia que refuerza las células, confiriéndoles consistencia y rigidez.

Tanino: Sustancia compleja, soluble en agua y astringente, contenida en ciertos vegetales que

se caracteriza por la propiedad de coagular las albúminas. El tanino contribuye a la durabilidad

del leño que lo contiene.

Resina: Sustancia pegajosa y aromática que surge de las hendiduras producidas en los árboles, principalmente en las coníferas, y ayuda a mantener alejados a los insectos

Cortes de la Madera Corte transversal o sea de dirección perpendicular al eje del tronco, se produce, por ejemplo,

al voltear un árbol o seccionar un tronco. Corte tangencial cuando se realiza tangencialmente a los anillos de crecimiento del árbol. Es el

corte en el que mejor se aprecia el veteado o figura de la madera. Corte radial cuando tiene dirección paralela a los radios. Es el corte más estable de la madera

ante cambios de humedad del material. Corte oblicuo cuando se realiza de manera intermedia entre el corte tangencial y el corte

radial.

21

El Agua en la Madera

El contenido de agua que posee un árbol recién cortado depende de varios factores entre los

que se destacan las características intrínsecas de la especie, la época del año en que se produce

el apeo o tala y la región o lugar de procedencia. Las maderas menos densas o más livianas, al

ser más porosas, por lo general contienen mayor contenido de agua que las maderas más

densas o pesadas. Lo mismo ocurre entre la albura y el duramen; la albura al estar por células

que tienen como función la de conducción de agua, presenta un contenido de humedad (CH)

mayor que el duramen.

El contenido de Humedad (CH) de las maderas verdes puede ser del 200% al 400% para maderas

livianas, como el “palo borracho”, que tienen paredes celulares delgadas y cavidades grandes.

Las maderas densas como el guayacán y el algarrobo, presentan paredes gruesas y pequeñas

cavidades celulares y su contenido de humedad verde es menor que el 100%.

Otras muy pesadas como el quebracho colorado llegan hasta un 50% a 60% como máximo. El agua contenida en la madera se encuentra bajo tres formas: como agua libre, agua de

saturación o higroscópica y agua de constitución. Para el proceso de secado solo, se tienen en

cuenta los dos primeros tipos de agua.

Agua libre: es el agua que se encuentra en las cavidades de las células o lúmenes. La cantidad de

agua libre que puede contener una madera está limitada por su volumen de poros. Esta agua se

va perdiendo hasta un punto denominado Punto De Saturación De Las Fibras (PSF) que

corresponde a contenidos de humedad de la madera, entre 21 y 40%, dependiendo de la

especie de que se trate.

Cuando la madera alcanza este punto, ya no existe más agua en las cavidades celulares. Durante

esta fase del secado o pérdida de agua, la madera no presenta cambios dimensionales ni

alteraciones en sus cualidades físico mecánicas.

Agua de Saturación o Higroscópica: Es le agua que se encuentra en las paredes celulares.

Durante el proceso de secado el agua de saturación sale con mayor lentitud que el agua libre y

provoca cambios dimensionales conocidos como contracciones. Una vez iniciada la eliminación

de esta forma de humedad a partir del PSF, se inician las modificaciones de las propiedades

físicas y mecánicas de la madera.

La pérdida de agua se produce hasta llegar a un equilibrio higroscópico entre la madera y el

ambiente que la circunda.

Agua de Constitución: forma parte integral de la estructura molecular que compone la fibra de

la madera o cuerpo leñoso de la madera. Solo se puede evacuarse mediante la combustión de

esta.

22

Fórmula para Calcular el Contenido de Humedad (CH) El nivel de humedad de la madera se calcula como un porcentaje del peso del agua que

contiene, respecto al peso del material seco:

𝐶𝐻 =𝑃ℎ − 𝑃0

𝑃𝑜× 100

Donde:

Ph = Peso de la madera húmeda o peso inicial P0 = Peso de la madera anhidra CH = Contenido de humedad de la madera [%]

Para calcular el contenido de humedad, se emplea una probeta pequeña de madera. El peso

seco o anhidro se determina después de exponer la probeta a una temperatura de aproximadamente 103 ºC, hasta que su peso no varíe.

Método eléctrico

Los métodos eléctricos de medición del CH de la madera se basan en las diferencias de las

propiedades eléctricas de la madera humedad y la madera seca. Los instrumentos para medir la

humedad por medio de este método se denominan higrómetros o xilohigrometros existen de 2

tipos de electrodos y de contacto por radiofrecuencia, los de tipo electrodos son llamados

destructivos ya que dichos elementos se introducen en la madera dejando la marcas en las

piezas medidas, los de contacto o radiofrecuencia son llamados no destructivos ya que se

apoyan en la superficie de la madera sin perforarla.

23

Higrómetro de electrodos analógico:

Higrómetro de electrodo digital:

24

Secado de la madera Un proceso de suma importancia en la industria de la madera, es el secado natural (al aire) y/o

artificial (hornos) de la madera aserrada. El secado es el proceso de eliminar el exceso de agua

de la madera para facilitar su posterior procesamiento y regularidad. Pero el concepto de

secado va más allá de una simple definición, abarca el conocimiento de la materia prima, de su

comportamiento y de los equipos utilizados para un adelantar un procesamiento óptimo.

Uno de los procesos más exigentes en la preparación de la madera para usos industriales y domésticos es el secado. De hecho, de su correcto desarrollo depende que este material ofrezca buenos resultados durante y después del proceso de transformación. Las consideraciones físicas y mecánicas de la materia prima así como las técnicas que se refieren al tipo y manejo de los equipos escogidos para esta práctica son aspectos fundamentales cuando se planea adelantar un secado.

Para ejecutar un secado a nivel industrial se utilizan hornos, donde se pretende: eliminar un porcentaje de la humedad interna de la madera, minimizando defectos que se puedan producir, invirtiendo el menor tiempo posible y consumiendo la menor cantidad de energía, logrando así una optimización del proceso y obteniendo materia prima (madera aserrada y seca) apta para posteriores procesos secundarios.

La pérdida de agua se produce por un proceso de naturaleza diferente dependiendo de si el contenido de humedad está por encima o por debajo del punto de saturación de las fibras (PSF). Por encima de este nivel, la velocidad de secado bajo condiciones estables de temperatura y humedad relativa del aire permanece constante. Cuando el secado ha avanzado a contenidos de humedad por debajo del PSF, el agua retenida en la madera se mueve más lentamente, retardando el proceso.

Finalmente, la progresión del secado tiende hacia una curva cuyo valor límite es el Contenido de Humedad de Equilibrio (CHE) de la madera, que depende de las condiciones climáticas del medio en el cual se encuentra estacionado el material. Las más importantes de estas condiciones son la temperatura del aire y la humedad relativa ambiente

El conocimiento de la humedad de equilibrio (CHE) de la madera es fundamental para la conducción del secado artificial, porque es el parámetro que ayuda a guiar la manipulación de la temperatura y la depresión psicrométrica en el interior del horno, hasta alcanzar el nivel de humedad al que la madera será procesada o utilizada.

Ventajas de la madera seca

Cuando la madera es sometida a procesos de secado correctos se obtienen ventajas como:

Pérdida de peso: al disminuir el contenido de humedad, la madera pierde peso, beneficiando costos de transporte y manipulación del material.

Resistencia mecánica: la madera seca es aproximadamente 33% más resistente que la madera en condición verde.

25

Resistencia al biodeterioro: niveles de humedad por debajo del 20%, evitarán que la madera correctamente seca, sea atacada por hongos pudridores e insectos que atacan la madera verde.

Tratamientos de preservación: mejor impregnación de preservantes no hidrosolubles, los métodos de preservación a presión tienen mejor rendimiento.

Adhesivos: la madera seca tendrá mejor comportamiento a la adhesión, produciendo líneas de cola más estables y resistentes.

Acabados: mayor capacidad de aceptar y retener en buen estado los diferentes tipos de acabados.

Trabajabilidad: la madera en condición seca se volverá más “noble” para trabajar, menos propensa a producir grano velloso, grano arrancado y su pulido o lijado es de mejor calidad.

Aislamiento térmico: los espacios vacíos de la estructura celular de la madera ya no serán ocupados por agua, sino más bien por aire, éste es un mal conductor del calor, por lo tanto madera seca puede ser un material apto para utilizarlo como aislante de la temperatura.

Aislante eléctrico: conforme la madera pierde humedad, su resistencia al paso de la corriente eléctrica aumenta, pudiendo utilizarse como material con características aislantes eléctricas.

Estabilidad dimensional: siempre y cuando se seque la madera a un contenido de humedad igual o muy cercano al que obtendría en servicio (contenido de humedad de equilibrio), ésta no sufrirá cambios apreciables en su forma y dimensiones.

Clasificación de la madera antes del proceso de secado

Criterio de clasificación

Comentarios

Por especie Maderas de secado rápido o lento, tendencia a sufrir defectos, necesidades de mercado y/o producción.

Por espesor La velocidad del secado es afectada por el espesor de la madera. Las piezas de menor espesor se secan primero.

Por ancho Es conveniente organizar las piezas de forma tal que queden espacios homogéneos y verticales “chimeneas” en el interior de la pila.

Por longitud Asegurar una restricción mecánica y evitar deformaciones y rajaduras por extremos (alineamiento de separadores), el apilado es más fácil con piezas de la misma longitud.

Por CH La madera aserrada proviene de distintos lotes de producción, lo que implica CH iniciales distintos, por lo que es conveniente separar diferentes espesores y especies.

Por calidad Conviene clasificar por grados de calidad para secar la madera de mayor valor en condiciones menos severas. A veces la madera de menor calidad se usa para proteger las partes superiores y laterales de las pilas.

26

Separadores Los separadores son listones de madera por lo general de sección transversal cuadrada, que

alineados vertical (altura de pila) y horizontalmente (distancia entre separadores) se utilizan para separar hileras o camas de madera aserrada, facilitando así la circulación de aire a través de la pila. Deben fabricarse con madera libre de defectos y seca (CH = 10-15%). Para disminuir la aparición de grietas por extremos en la madera, se debe alinear separadores cerca de los extremos de la madera apilada.

Espesor y distanciamiento de separadores de acuerdo a espesor de madera a secar:

Espesor madera

[mm]

Espesor separador

[mm]

Distancia entre separadores

[mm]

< 20 20-30 300-400

20-25 20-30 400-500

25-40 20-30 500-600

40-65 30-40 700-800

65-80 40 900

> 80 45 1000

Formas de secar la madera

El desecado de la madera provoca contracción y deformación en las maderas. Con el desecado

se iguala el porcentaje de humedad de la madera con la humead del ambiente. Los

procedimientos empleados para la desecación de la madera son muchos, pudiéndose reducir a

tres; natural, natural acelerado y artificial. Para la aplicación de los dos primeros se necesitan

superficies muy amplias. El tercer sistema exige unas instalaciones bastantes costosas. Unos y

otros exigen locales cubiertos.

Secado natural: es el procedimiento más antiguo, que se sigue empleando todavía; es el más

sencillo y de buenos resultados. Este sistema tiene el inconveniente de exigir mucho tiempo,

moviliza capitales importantes, y en su emplazamiento requiere mucho terreno. Además, no

consigue destruir las larvas de los insectos, ni prepara material de mucha garantía para locales

de elevada calefacción, en cambio tiene la ventaja de no cambiar el colorido, conservando la

madera todos su color y belleza. La madera tarda en secarse, de ordinario, en promedio 4 años.

a) Secado al aire libre: se verifica inmediatamente después del aserrado, y en terrenos no

húmedos. El primer secado suele hacerse hasta finales de otoño, en que se debe cesar

por la frecuencia de las lluvias. En algún caso puede haberse practicado la anhelación,

que consiste en descortezar los troncos durante la primavera anterior al apeo; y tiene

27

por objetivo evitar la acumulación de almidón en los radios medulares y en la albura de

la madera. Si se deja el tronco con corteza, deseca demasiado lentamente, en cambio,

descortezándolo deseca rápidamente pero la madera se deforma. Por este motivo se

dejan los troncos con corteza durante unos meses antes de llevarlos a la serrería.

Cortados los árboles en tablones o tablas, se disponen en pilas de más o menos altura,

colocando las piezas unas sobre otras, separadas por unos pequeños listones. La pila se

aísla del suelo con maderos. Las piezas más alejadas del suelo se secan antes. En las

imágenes siguientes se muestra la disposición clásica para maderas duras y maderas

blandas.

b) Secado en almacén: transcurridos un par de meses, y secas ya las maderas, se colocan en

cobertizos cerrados, al abrigo del sol, pero con ventilación suficiente, evitando los

vientos reinantes de la región.

Toda madera mal oliente debe ser separada para no contaminar las demás.

Después del primer secado, se colocan las maderas en el almacén antes del invierno,

nunca cuando se hayan empapado de humedad.

Secado natural acelerado: para facilitar la eliminación de las sales, se sumergen las maderas

en agua; esta atraviesa por osmosis los tejidos a través de los vasos, y disuelve la savia,

ocupando su sitio. En algunos lugares se sumergen los trocos en balsas o estanques, durante

tres o cuatro semanas. Este tratamiento oscurece ligeramente el color de la madera, pero

reduce a un tercio el tiempo de secado. El agua que se introduce en lugar de la savia se evapora

mucho más rápidamente. Lo que disminuye el tiempo de secado.

Las maderas que han estado sumergidas se conservan mejor, ya que, eliminando prontamente

la savia, se evitan los gérmenes de la fermentación y el peligro de la carcoma.

El secado al aire libre, se da por bueno cuando el contenido de la humedad residual esta entre

20% y 25%.

En la práctica se necesitan seis meses de secado por cm de espesor para las piezas blandas, y

doce meses para las piezas duras.

28

Secado artificial: el secado artificial es un medio rápido y racional para disponer en poco

tiempo la madera seca con la humedad normal del 10% al 15%. Ofrece la ventaja de matar las larvas de los insectos y gusanos, pero puede endurecer las capas exteriores y echar a perder las maderas durante el tratamiento.

Existen varios métodos de secado artificial, como los siguientes:

a) Desecación al vapor de agua: es un sistema rápido y completo. Introducida la madera en el secadero, se le inyecta vapor de agua, que se va elevando gradualmente de temperatura. Este vapor ensancha los vasos, disuelve la savia, que arrastra con la corriente de vapor inyectado, condensándola en el fondo, a modo de un líquido sucio y oscuro. Nunca debe haber cambios bruscos. Al secarse rápidamente el exterior y no la parte interior, se producen grietas y reviramientos. Mientras dure el secado, se ensayara diariamente a la madera por lo que se refiere a su estado, y al contenido y repartición de la humedad. Para conocer la distribución de la humedad en la masa de madera colocada en la cámara, se practica el siguiente ensayo: De un extremo de la tabla se corta un trozo de unos 30 cm de largo y se le hacen dos cortes de sierra longitudinales. El ensayo puede dar 3 resultados:

Las tiras se mantienen paralelas. No hay tensiones internas en la madera cortada, y la humedad se halla, por lo tanto, repartida con uniformidad.

Las tiras se abren. La madera está más húmeda por fuera que por dentro. Hay que rebajar el grado de humedad del aire.

Las tiras exteriores se curvan hacia dentro. La madera tiene más humedad en el interior. El aire de secado es muy seco y debe darse más vapor.

29

b) Secado con aire caliente: el procedimiento del aire caliente es muy similar al de vapor de agua. En vez de circular vapor, circula aire caliente, llevándose este la humedad al ser impulsado por un ventilador. También puede asegurarse la ventilación con solo el tiro térmico producido por la diferencia de densidad entre el aire frio y el caliente. El secadero más corriente y de funcionamiento más sencillo es el de tipo cerrado. El secado procede uniformemente para toda la pila, y durante todo el tiempo que dura la operación. Las cámaras deben estar herméticamente cerradas. Con temperaturas de 40°C a 50°C, se consigue, al cabo de algunas horas, una desecación total. Necesita aproximadamente una semana por pulgada de espesor. Elevando la temperatura del aire caliente, se obtendría rápidamente la desecación, pero esto originaria el agrietamiento de las piezas. Se debe pues, humedecer ligeramente el aire caliente con vapor de agua.

c) Secadero continúo o de túnel: las maderas se apilan en vagonetas. La duración de secado varía de dos a diez días, según las especies y los espesores. Pueden ser sometidas a este procedimiento de secado con aire caliente las maderas estufadas, con el fin de que sequen rápidamente. Hay que evitar a toda costa que la humedad superficial de la madrera desaparezca con más rapidez que la humedad del interior.

d) Secado con fuego directo: se utiliza para maderas resinosas, que soportan bien el calor seco. La madera puesta sobre vagonetas, avanza lentamente hacia la fuente de calor, perdiendo humedad a medida que aumenta la temperatura hasta unos 80°C. El aire embebido de humedad se enfría hasta unos 40°C, mientras por la parte opuesta salen las maderas desecadas.

e) Secado con fuego indirecto: apilada la madera en el secadero, se enciende el fuego, pero con mucho humo y poca llama. No se aconseja este sistema por el peligro de incendio y porque el calor no se distribuye por igual en toda la superficie. Las maderas tratadas así, se conservan bien y no son atacadas por la carcoma. Este tratamiento se podrá utilizar con las resinosas.

f) Secado con ozono: pasando una corriente de aire ozonizado por un secadero de madera, se obtiene un secado perfecto, porque trasforma el almidón contenido en las células, dejándola inatacable por los gusanos. Siendo muy costoso el tratamiento, solo se utiliza solo para maderas muy apreciadas y en casos particulares. También se puede secar la madera con materias ávidas de agua, como la cal, ácido sulfúrico, cloruro de calcio, etc. Pero estos procedimientos resultan muy costosos. Los vapores de ácido acético secan la madera coagulando la savia.

g) Secado por calentamiento eléctrico: la corriente no pasa a través de las maderas. Estas se disponen entre las armaduras de un condensador alimentando con corriente alterna de alta frecuencia. El secado es muy rápido, equivale al calor del calentador eléctrico dispuesto en el corazón de la pieza y provoca la oxidación de la savia.

30

Factores del proceso

El material a secar es higroscópico, gana ó pierde humedad, de acuerdo al medio que la rodea.

El secado depende de 3 factores principales: La velocidad del aire, la humedad relativa dentro

de la cámara, y la temperatura de la misma. Controlando éstos tres parámetros, controlamos la

velocidad del secado, la calidad del mismo y la humedad final del producto.

La velocidad del aire: El aire es el medio encargado de transportar la humedad que despide la

superficie de las materias. A mayor velocidad aumenta la capacidad de arrastre, pero exceso de

aire provocaría un desecamiento de la superficie de la madera generando esfuerzos que pueden

dañarla o interrumpir en algunos casos el proceso de secado.

La humedad relativa del aire: Es la relación entre la cantidad de vapor de agua contenida en el

aire y la máxima cantidad que puede contener a la misma temperatura. Si aumentamos la

temperatura, aumenta la capacidad del aire de contener vapor de agua, lo que quiere decir que

puede absorber mayor cantidad de vapor de agua de la madera. Igualmente si extraemos vapor

de agua del aire, bajamos su humedad relativa y aumenta la capacidad de sacar vapor de la

madera. A una humedad relativa dada, hay un valor de equilibrio de la humedad del material.

De allí ya no pierde más humedad. Por eso es que tenemos que ir variando las condiciones

del ambiente a medida que la madera se va secando.

La temperatura: Como ya se dijo la temperatura varía el valor de la humedad relativa del aire y

por lo tanto la capacidad del mismo de extraer humedad de la madera. También aumenta la

velocidad de las moléculas de agua y favorece el proceso de vaporización, al tiempo que abre

los poros de la madera lo que facilita la salida del vapor desde el centro de la pieza hasta la

superficie.

Etapas del proceso de secado

Tradicionalmente, en el proceso de secado de madera aserrada en hornos convencionales, existen etapas que son comunes a todas las especies maderables.

Etapa del proceso Objetivo que se persigue en cada etapa

Etapa de Calentamiento

1. Alcanzar las condiciones de temperatura y humedad relativa (HR) del aire dentro de la cámara. 2. Homogenizar la temperatura de toda la carga de madera, así como también se busca homogenizar el contenido de humedad (CH) inicial de la carga.

Etapa de secado

1. Alcanzar CH final establecido en el menor tiempo posible. 2. Obtener CH final homogéneo en toda la carga y menor cantidad de defectos.

Etapa de postsecado

Tratamientos en post-secado: 1. Igualación: el objetivo es homogenizar el CH de todas las tablas que componen la carga. Este tratamiento se inicia cuando la tabla más seca

31

tiene 2% de CH menos que el CH final deseado y termina cuando la tabla más húmeda alcanza el CH final deseado. El CHE deberá ser igual al CH de la tabla más seca. 2. Acondicionamiento: tiene doble objetivo, reducir o eliminar las tensiones de secado entre la superficie y el interior de la pieza y homogenizar el CH en el espesor de la pieza. 3. Enfriamiento: una vez finalizado el secado y realizados los tratamientos anteriores, es conveniente enfriar la madera dentro de la cámara para evitar el riesgo del restablecimiento de las tensiones de secado.

Procedimiento práctico:

En la operación normal de una cámara de secado, es necesario tomar ciertas precauciones para conseguir resultados satisfactorios. La madera debe ser apropiadamente apilada, se deben incluir en la pila suficientes muestras de secado, para verificar el contenido de humedad de la carga a un determinado tiempo, y las condiciones de secado requieren ser cuidadosamente controladas a través del proceso.

Los secaderos convencionales son cámaras o compartimientos cerrados, dotados de ventiladores que dan lugar a una circulación forzada del aire dentro de la cámara; tienen, también, un sistema de calentamiento controlado que permite elevar la temperatura de la cámara y dispositivos regulables para conseguir la variación deseada de la humedad relativa en el ambiente interior del mismo.

Un secadero debe tener un buen aislamiento térmico, ser de construcción hermética, fabricarse de materiales resistentes a la corrosión y elevadas temperaturas, y disponer de puertas de fácil manejo y cierre hermético.

El secado convencional se verifica a temperaturas entre 40 y 70 ºC y se diferencia del secado a alta temperatura porque éste opera por encima de 100 ºC.

1) Selección de la Madera La homogeneización de la carga de madera facilita el secado en hornos. Tal uniformidad del

material se logra seleccionándolo por:

Especie

Espesor

Nivel de humedad

Tipo de madera

Calidad de la madera

2) Apilado y Cargado del Horno La construcción de la pila del horno es de importancia primordial. Su falla representará, con

seguridad, la degradación del material en forma de combaduras, revirado o torceduras, rajaduras en extremos y desigual contenido de humedad en las piezas.

32

a) Separadores: Los separadores deben ser de un espesor uniforme, los más delgados se usan cuando se

quiere disminuir la tasa de secado de la madera. Los separadores deben estar exactamente alineados en dirección vertical y espaciados hasta

60 cm, uno del otro en la misma fila. Estas precauciones son necesarias para evitar el combado y revirado de las piezas, o los

bloqueos al paso del aire entre las filas de la carga cuando los separadores tienen espesor irregular.

La primera y la última fila de separadores deben estar lo más cerca posible de los extremos de las tablas para evitar el voladizo, que ocasiona el agrietamiento y rajado de los extremos.

b) Sobresalido de Extremos Los extremos de las piezas deben quedar alineados porque los que sobresalgan, al no estar

soportados, se curvarán bajo su propio peso y se deformarán.

c) Clasificación por Largos El problema antes mencionado se puede evitar clasificando los largos de la madera a secar

antes de armar la pila.

d) Soportes y Contrapesos de la Pila Cuando la madera es muy susceptible al alabeo se pueden colocar contrapesos encima de la

capa superior de la pila. Estos contrapesos ayudan a estabilizar la carga, especialmente de las hileras superiores de madera, que es donde se presentan las torceduras.

2) Muestras para el control del Secado

a) Selección Por lo general, las muestras se eligen durante la fase del apilado de la madera. La mayoría de

los tablones, de los cuales se toman las muestras, deberán representar la madera más húmeda y lenta de secar.

b) Número de Muestras

El número de muestras de secado a tomar es como mínimo cuatro por cada 20 m³ (8.500 pies-tabla), y de 10 a 12 muestras por cada carga de 100 m³ (42.000 pies-tabla) o más, de la cámara de secado.

c) Preparación y Pesaje Se incluyen muestras de secado en cada pila del horno de modo que el contenido de humedad

pueda ser rápidamente encontrado. El primer paso en la preparación de las muestras de secado es cortar y marcar las tablas de las cuales éstas proceden. Inmediatamente después del corte de las muestras se cubren los extremos con un impermeabilizante y se pesan. La cobertura de los extremos de las muestras tiene por finalidad retardar el secado de los extremos y hacer que la tasa de pérdida de humedad de la muestra sea comparable a la de tablas largas.

33

d) Determinación de la Humedad y Cálculos de Peso Seco El contenido de humedad se expresa siempre como el porcentaje del peso seco de la muestra

y por ello, es necesario calcular dicho peso en la muestra de secado. Las probetas obtenidas para calcular el contenido de humedad son secadas en una estufa de

laboratorio a una temperatura de 103 ºC a 105 ºC, hasta alcanzar un peso constante.

e) Localización en la Pila El número de muestras de secado y su localización dentro del horno varían con el tamaño, tipo

y eficiencia de la cámara. Es importante que las muestras no impidan el flujo de aire y que éstas se ubiquen de modo que el aire circule en igual forma que en el resto de la pila.

En un secadero eficiente debería haber poca o ninguna variación en la tasa de secado en dos lugares cualesquiera en la cámara; pero, es recomendable que al menos una muestra de secado esté instalada en ambos lados de la carga y una en cada extremo.

4) Horarios o Programas de Secado Después de tener las muestras de secado ubicadas en la pila y determinados sus contenidos de

humedad, se procede a seleccionar un programa de secado para el material. Los programas u horarios de secado consisten en una tabla de temperaturas y depresiones

psicrométricas que sirven de guía al operador para secar una madera dada, con rapidez razonable y con el menor deterioro posible.

5) Calentamiento e Inicio de la Operación del Horno La velocidad del aire a través de la carga varía entre 1,2 y 5 metros por segundo. Para asegurar

que tal circulación sea uniforme a través del horno, es esencial que: 1. Las puertas sean tan herméticas como sea posible de modo que tanto el revestimiento

interior como el exterior estén colocados de forma que se eviten pérdidas de aire. 2. Los ventiladores funcionen a una velocidad constante predeterminada y sin patinar. 3. La pila esté correctamente edificada y que no hayan listones en posición de impedir la

circulación de aire. 4. Las chimeneas estén correctamente construidas para prevenir cortocircuitos de aire, de

modo que éste circule a través de la carga. 6) Tratamientos de Igualación y Acondicionamiento

a) Igualación o Equilibrado Se inicia cuando el contenido de humedad de la muestra más seca del horno es un 2% más

bajo que el contenido de humedad promedio que se busca al final del secado.

b) Acondicionamiento El tratamiento de acondicionado se realiza para eliminar las tensiones de la madera.

7) Pruebas Finales de Control de Humedad, su Distribución y las Tensiones de la Madera

34

Después de que se ha secado en el horno una determinada carga de madera, se cortan tres secciones de 1" de cada muestra del horno secador y 6 a 9 secciones de otros tablones en una carga completa del horno, para comprobación definitiva. Estas muestras se destinan a las pruebas finales de contenido de humedad promedio, para la distribución de la humedad periférica y del centro de la tabla, y para las pruebas de tensión en la madera (pruebas de tenedor).

Una guía para la evaluación preliminar de las pruebas de esfuerzos o tensiones de la madera,

se presenta en la figura.

Si al momento del corte, las pinzas externas del tenedor se curvan hacia adentro, esto es una indicación de que la madera tiene esfuerzos de compresión en la superficie de la pieza y de tracción en el interior. El tratamiento de acondicionado debe continuar.

Si las pinzas se mantienen rectas o muy ligeramente curvadas hacia afuera, la madera está prácticamente libre de esfuerzos y el secado se da por concluido.

Finalmente, si las pinzas del tenedor se curvan visiblemente hacia afuera, los esfuerzos se han invertido, la superficie de la pieza está bajo tracción y el interior en compresión. Esto indica un exceso de humedad de la madera durante el acondicionado.

8) Fin del Proceso y Descarga del Horno Después de que se ha constatado la liberación de esfuerzos en la madera y el fin del período

de acondicionamiento, se corta el ingreso del vapor a los serpentines de calentamiento y cañerías de vaporización y se apaga el horno dejando las puertas cerradas hasta que la temperatura de bulbo seco al interior registre un valor no mayor a unos 10 ºC que la temperatura ambiente exterior. En ese momento se pueden abrir las puertas del horno y descargar la madera.

35

Equipos utilizados:

Entre los equipos utilizados en un secadero convencional de madera por vapor podemos citar:

1) Termómetro de bulbo seco y bulbo húmedo: El termómetro de bulbo húmedo es un termómetro de mercurio que tiene el bulbo envuelto en un paño de algodón empapado de agua, que se emplea para medir la temperatura húmeda del aire. Al proporcionarle una corriente de aire, el agua se evapora más o menos rápidamente dependiendo de la humedad relativa del ambiente, enfriándose más cuanto menor sea ésta, debido al calor latente de evaporación del agua.

Temperatura de bulbo seco o temperatura seca es la medida con un termómetro convencional de mercurio o similar cuyo bulbo se encuentra seco.

2) Electroválvulas: Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el flujo de un fluido a través de un conducto como puede ser una tubería. La válvula está controlada por una corriente eléctrica a través de una bobina solenoide.

36

3) Intercambiador de calor: Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para

transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

4) Forzadores de aire: producen la circulación de aire dentro del recinto.

5) Caldera pirotubular: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

37

6) Bomba centrifuga: se utiliza para reponer el agua de la caldera.

7) Anemómetro: instrumento de medición de velocidad del viento.

8) Compresor: mediante el accionamiento de la electroválvula, por medio del aire comprimido, se produce o no, la circulación de vapor a través de las cañerías.

38

9) Ventilas: Son de accionamiento electromecánico. Permiten la liberación de aire húmedo del interior del secadero.

10) Tanque de agua: cumple la función de reservorio de agua para la caldera.

11) Pulverizadores: consta de un caño con orificios, que permiten la incorporación de vapor de agua al recinto.

39

12) Tablero de control: consta del PLC, que comanda al conjunto de contactores y temporizadores. Además también se tiene termomagnéticas, fusibles y guardas motores.

40

Deformaciones durante el secado de la madera

La siguiente figura muestra las deformaciones que sufre la madera durante el secado dando lugar a los conocidos defectos por secado.

Alabeos

Un alabeo es la deformación que puede experimentar una pieza de madera por la curvatura de sus ejes longitudinales, transversales o ambos. Lo casos más frecuentes son:

Abarquillado: Alabeo de las caras en sentido transversal.

Arqueadura: Es el alabeo o curvatura de las caras en sentido longitudinal.

Encorvadura: Es el albeo de los cantos en sentido longitudinal

Torcedura: Es el alabeo que presenta una pieza de madera donde sus esquinas no se encuentran en el mismo plano.

41

Otros defectos por secado Grietas y rajaduras: Se pueden presentar por que el agua se pierde demasiado rápido y por la

generación de fuerzas contrarias al interior y al exterior de las piezas de madera.

Colapso: Disminución del espesor debido a superficies irregulares y fibra de la madera retorcida.

Se presenta en maderas muy húmedas al comienzo del secado.

42

Automatización De Secaderos

Al realizar una automatización total de un secadero, todos sus elementos deberán actuar en forma automática para llevar a cabo el proceso de secado, logrando el no acarreo de agua y sobre todo la excelencia del producto. Pero también realizar una automatización parcial.

La característica más sobresaliente en cuanto a la automatización de este tipo de secaderos es que tienen diferentes ciclos. Cada uno de estos tendrá una duración, una temperatura y humedad determinadas de acuerdo al tipo de madera que se esté secando, Ej: Pino, fresno, lapacho, sauce, eucalipto, algarrobo, quebracho, etc.

El control mediante un PLC es relativamente económico y sencillo para el manejo de estos secaderos. La programación ya está incorporada al control y sólo se necesita seleccionar algunos parámetros. No es necesario que una persona tenga que acordarse de cambiar los valores de temperatura y humedad, pues estos se colocan en su totalidad el día de comienzo del proceso y automáticamente el equipo se encarga de ajustarlos y cumplirlos.

El PLC puede manejar los ventiladores, hacerlos girar en un sentido por un determinado tiempo, luego detenerlos y hacerlos girar en sentido contrario y así sucesivamente. También se encarga del manejo de la válvula solenoide para los radiadores de calefacción en forma on-off ó modulante, respondiendo al sensor de temperatura, el cual es muy económico y preciso. Del mismo modo maneja la válvula solenoide para la producción de humedad de acuerdo a la solicitud del sensor de humedad del ambiente ó bien puede trabajar con dos sensores de temperatura: uno de bulbo seco y otro de bulbo húmedo, si se desea economizar aún más.

También puede manejar actuadores del tipo On-Off ó modulantes para abrir o cerrar las ventilas para el control de la humedad.

43

Tiempo de Secado El tiempo requerido para secar una carga de tablas depende de:

las características de la madera,

el tipo de secadero, y

el programa de secado empleado. El operador del secadero ajusta el programa de secado según el tipo de madera. Respecto al

segundo factor, se puede mejorar el desempeño optimizando algunas características de éste

(caso del aislamiento térmico y sistema de ventilación), que pueden resultar en una disminución

del tiempo de secado. Pero, la mayor reducción de ese tiempo se puede conseguir a través de

los ajustes a los programas de secado.

Operaciones de mantenimiento

Como en todas las instalaciones industriales, la realización de un mantenimiento preventivo de

forma regular y planificada es esencial para conseguir anticiparse a la presencia de incidencias.

La realización de inspecciones y controles periódicos de los sistemas principales y del

equipamiento auxiliar, garantizan una mayor duración y aprovechamiento de los mismos. Dadas

las condiciones extremas de funcionamiento que se producen en las cámaras de secado, con

altas temperaturas, variaciones extremas de humedad y, en general, ambientes corrosivos, a los

elementos constructivos se les deben exigir especificaciones superiores a las habituales en una

construcción industrial.

El cerramiento de los secaderos modernos suele estar formado por paneles prefabricados tipo

"sandwich" formados por chapas de acero, aluminio o acero inoxidable, resistentes a la

corrosión y con aislamientos de poliuretano o lana de vidrio capaces de aislar térmicamente la

cámara de secado. Deben preverse juntas de dilatación térmicas, para evitar agrietamientos y

levantamientos producto de las elevadas temperaturas. De la misma forma se instalarán

sistemas de drenaje del agua procedente del secado y de condensaciones de humedad.

La continua manipulación de las partidas de madera puede provocar golpes y fisuras en las

chapas, que deben ser reparadas y selladas para evitar que la humedad penetre en el

aislamiento y lo degrade.

Los elementos del sistema de circulación de aire, deben ser construidos con materiales y

motores capaces de trabajar en estas condiciones climáticas.

En las revisiones de los motores y de los ventiladores, se comprobará que no se producen

vibraciones o fricciones que provoquen rozamiento excesivo durante su funcionamiento.

Además, se realizarán verificaciones de la instalación eléctrica sustituyendo las conexiones y

cables deteriorados.

44

Es recomendable verificar la velocidad de aire que proporcionan los mismos mediante la

utilización de un anemómetro de palas y contrastar que funcionan todos los ventiladores en los

regímenes de giro establecidos.

En el sistema de calefacción se comprobará que los elementos no presenten pérdidas ni fugas

del fluido térmico circulante. Se revisará que las válvulas y bombas de circulación no presenten

anomalías funcionales y realicen la maniobra de apertura y cierre de las tuberías de forma

gradual, sin que se produzcan variaciones importantes en el aporte de calor. En los sistemas de

humidificación se deben purgar y limpiar las boquillas u orificios para evitar obstrucciones de los

mismos o defectos en el flujo.

Se comprobará que el sistema de apertura y cierre de los extractores funciona

adecuadamente. Es necesario asegurar la estanqueidad de las puertas y accesos al interior del

secadero sustituyendo las juntas plásticas defectuosas para evitar costes energéticos

innecesarios derivados de fugas térmicas.

45

Conclusión:

En el desarrollo del presente informe se han visto los distintos tipos de secaderos, su forma de

funcionamiento y sus principales aplicaciones en la industria.

Respecto al secado de madera por vapor, se comprendió la relativa sencillez del proceso y su

operación, observando el alto impacto que produce en la industria regional la instalación de las cámaras

de secado. Cabe mencionar que a pesar de que nos encontramos en una zona de explotación forestal, no

existen suficientes instalaciones para este fin. A causa de esta situación, gran parte de la producción

debe ser secada por métodos artesanales, generándose una pérdida de eficiencia por los mayores

tiempos que se destina al secado por este método y teniendo también una pérdida económica debido a

una menor calidad de la madera obtenida.

Para superar estos inconvenientes los productores deben conocer previamente el comportamiento de

secado de las distintas especies de madera e incluso las diferencias entre la misma especie. Por lo cual

deben ser capacitados por personal técnico calificado, lo que generaría puestos de trabajo para

profesionales del área.

46

Bibliografía:

Manual del secado de la madera – Enrique Rodríguez Cortés.

La Industria maderera – Nelson C. Brown.

La madera tomo I – Biblioteca Atrium.

Tecnología de la madera y sus aplicaciones – Franz Kollman.

Propiedades físicas de las maderas del bermejito – Ing. Emilio García Sola.

Links:

http://www.sml.pt/es/produtos/secadores-para-madeira/

http://www.vimarsystems.com/secaderos-industriales

http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/secaderos-

industriales

http://pdf.directindustry.es/pdf/solex-thermal-science-inc/secador/29668-

110159.html

http://www.termoindustriales.com/joomla-license