Secado de Ladrillo

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INTRODUCIÓN El secado, es una operación compleja en la que convergen múltiples factores: características de la mezcla arcillosa, grado de homogeneización de la mezcla, tensiones de moldeo, la geometría de la pieza y uniformidad de secado, todos estos con influencia directa sobre las características de secado de la pieza verde (Abajo, 2000). En general, la distribución de la temperatura y el contenido de humedad no son uniformes durante el secado. Esto causa que la expansión térmica y la contracción de secado sean no uniformes, y se generen esfuerzos. la magnitud de los esfuerzos generados es directamente proporcional a la velocidad de secado (G. Musielak T. S., 2011) (G. Musielak T. L., 2013). Adicionalmente, se puede afirmar que cada material arcilloso tiene una velocidad de secado optima en relación a sus características fisicoquímicas y a la cantidad de agua a evaporar. En general, cuanto más fino y plástico es el material, más baja es la velocidad optima de secado (Güeto). Si la velocidad de secado supera el óptimo, se rompe el equilibrio entre el transporte y la evaporación del agua en la superficie de la pieza. La parte externa se seca más rápidamente y se contrae, mientras que en la parte interna (humedad) mantiene su tamaño, lo que genera un estado de tensión en la capa seca. Cuando el tensión es mayor a la resistencia del material se generan grietas. Sin importar la técnica de secado que se utilice el agua solo puede abandonar la superficie de la pieza cerámica a una determinada velocidad. Por lo tanto, la idea es, balancear el transporte de agua desde el interior con la evaporación del agua en la superficie. Para lograr esto es indispensable entender, los factores que controlan la velocidad de evaporación y los que controlan el transporte de agua desde el interior de la pieza a la superficie (Jr., 2001). TIPOS DE HUMEDAD Durante el secado se elimina el agua libre contenida en la pieza (ver fig. 1), es decir reducimos la humedad de la pieza hasta alcanzar la humedad de equilibrio (X*). La humedad de equilibrio es la humedad de un sólido en equilibrio con aire a una determinada temperatura y humedad relativa (Arun S. Mujumdar). En la fig. 2 se presenta la variación de la humedad de equilibrio en función del aumento de la temperatura de secado a humedad relativa constante. Este comportamiento puede relacionarse con un aumento en la movilidad del agua a medida que aumenta la temperatura. Fig. 1: Esquema de los diversos tipos de humedad. Imagen tomada de la ref. (Arun S. Mujumdar) Existen dos clases de agua libre a eliminar durante el secado: a) agua libre, no ligada a la superficie y b) agua libre ligada a la superficie de las partículas. La cantidad de agua no ligada puede variar en una misma arcilla, dependiendo de las condiciones de moldeo. En cambio, el agua ligada es una constante de cada arcilla que depende principalmente del área superficial y los minerales arcillosos presentes. En consecuencia el porcentaje de agua ligada puede utilizarse como característica para diferenciar dos mezclas arcillosas entre sí (Abajo, 2000). La humedad del punto crítico coincide con el agua ligada a la superficie de las partículas sólidas (bound moisture en la fig. 1), por lo que a medida que aumente el área superficial específica, más alta será la humedad correspondiente al punto crítico. El otro factor mencionado es el tipo de mineral(es) arcilloso presente en la mezcla. Existen minerales arcillosos como la montmorillonita (mineral arcilloso expansivo) con una alta capacidad para adsorber agua, mientras que otros como la caolinita (mineral arcilloso no expansivo) con una capacidad comparativamente más baja. Cuanto más elevada sea la humedad del punto crítico, más largo deberá ser el ciclo de secado (Abajo, 2000).

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Teoria del secado de ladrillos de arcilla

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  • INTRODUCIN

    El secado, es una operacin compleja en la que convergen mltiples factores: caractersticas de la mezcla arcillosa, grado de homogeneizacin de la mezcla, tensiones de moldeo, la geometra de la pieza y uniformidad de secado, todos estos con influencia directa sobre las caractersticas de secado de la pieza verde (Abajo, 2000).

    En general, la distribucin de la temperatura y el contenido de humedad no son uniformes durante el secado. Esto causa que la expansin trmica y la contraccin de secado sean no uniformes, y se generen esfuerzos. la magnitud de los esfuerzos generados es directamente proporcional a la velocidad de secado (G. Musielak T. S., 2011) (G. Musielak T. L., 2013). Adicionalmente, se puede afirmar que cada material arcilloso tiene una velocidad de secado optima en relacin a sus caractersticas fisicoqumicas y a la cantidad de agua a evaporar. En general, cuanto ms fino y plstico es el material, ms baja es la velocidad optima de secado (Geto). Si la velocidad de secado supera el ptimo, se rompe el equilibrio entre el transporte y la evaporacin del agua en la superficie de la pieza. La parte externa se seca ms rpidamente y se contrae, mientras que en la parte interna (humedad) mantiene su tamao, lo que genera un estado de tensin en la capa seca. Cuando el tensin es mayor a la resistencia del material se generan grietas.

    Sin importar la tcnica de secado que se utilice el agua solo puede abandonar la superficie de la pieza cermica a una determinada velocidad. Por lo tanto, la idea es, balancear el transporte de agua desde el interior con la evaporacin del agua en la superficie. Para lograr esto es indispensable entender, los factores que controlan la velocidad de evaporacin y los que controlan el transporte de agua desde el interior de la pieza a la superficie (Jr., 2001).

    TIPOS DE HUMEDAD

    Durante el secado se elimina el agua libre contenida en la pieza (ver fig. 1), es decir reducimos la humedad de la pieza hasta alcanzar la humedad de equilibrio (X*). La humedad de equilibrio es la humedad de un slido en equilibrio con aire a una determinada temperatura y humedad relativa (Arun S. Mujumdar). En la fig. 2 se presenta la variacin de la humedad de equilibrio en funcin del aumento de la temperatura de secado a humedad relativa constante. Este comportamiento puede relacionarse con un aumento en la movilidad del agua a medida que aumenta la temperatura.

    Fig. 1: Esquema de los diversos tipos de humedad. Imagen tomada de la ref. (Arun S. Mujumdar)

    Existen dos clases de agua libre a eliminar durante el secado: a) agua libre, no ligada a la superficie y b) agua libre ligada a la superficie de las partculas. La cantidad de agua no ligada puede variar en una misma arcilla, dependiendo de las condiciones de moldeo. En cambio, el agua ligada es una constante de cada arcilla que depende principalmente del rea superficial y los minerales arcillosos presentes. En consecuencia el porcentaje de agua ligada puede utilizarse como caracterstica para diferenciar dos mezclas arcillosas entre s (Abajo, 2000).

    La humedad del punto crtico coincide con el agua ligada a la superficie de las partculas slidas (bound moisture en la fig. 1), por lo que a medida que aumente el rea superficial especfica, ms alta ser la humedad correspondiente al punto crtico. El otro factor mencionado es el tipo de mineral(es) arcilloso presente en la mezcla. Existen minerales arcillosos como la montmorillonita (mineral arcilloso expansivo) con una alta capacidad para adsorber agua, mientras que otros como la caolinita (mineral arcilloso no expansivo) con una capacidad comparativamente ms baja. Cuanto ms elevada sea la humedad del punto crtico, ms largo deber ser el ciclo de secado (Abajo, 2000).

  • Fig. 2: Humedad de equilibrio (X*) para una arcilla expansiva en funcin de la temperatura de secado y humedad relativa constante. Imagen tomada de la ref. (Aleksandra Sander, 2001)

    DETERMINACIN DE LA HUMEDAD CRTICA Y LA HUMEDAD DE EQUILIBRIO

    Para determinar la humedad crtica y la humedad de equilibrio se grafican los datos de secado a condiciones constantes (temperatura, humedad relativa y velocidad del aire) en una curva de contenido de Humedad vs Tiempo de secado (Fig. 3). El contenido critico de humedad es el punto donde se pierde la linealidad y la humedad de equilibro es el mnimo contenido de humedad que puede ser alcanzado bajos las condiciones de secado utilizadas. En la fig. 3 se presenta el comportamiento de secado de dos arcillas utilizadas en la fabricacin de ladrillo. B es un material arcilloso que contiene caolinita, de granulometra gruesa y baja rea superficial, con contenidos de humedad crtica y equilibrio de 7.3% y 2.7%, respectivamente. En cambio, A es un material arcillosos que contiene montmorillonita de granulometra ms fina y mayor rea superficial, consecuentemente presenta contenidos de humedad critica (10%) y residual (4.6%) comparativamente ms altos (Abajo, 2000).

    Fig. 3: Punto crtico y humedad de equilibrio de dos arcillas secadas en idnticas condiciones (50C y 50% HR).

    Humedad de Equilibrio

  • De forma anloga la humedad crtica y la humedad de equilibrio se pueden determinar utilizando una curva de velocidad de secado (kg agua/m2*s) vs. Contenido de humedad, como la que se presenta en la fig. 4. En la cual la humedad critica se presenta como el punto de inflexin entre un periodo de velocidad de secado constante (o casi constante) y un periodo de velocidad de secado decreciente. La humedad de equilibrio es aquella en la cual la velocidad de secado se hace nula. La velocidad de secado, R, se define como:

    =

    Donde, R (kg m-2 h-1) es la velocidad de evaporacin de agua, A es el rea de evaporacin (m-2), Ms es la masa de solido seco (kg) y dX/dt es la variacin del contenido de humedad en funcin del tiempo (kg agua/kg solido seco). Una grfica de R versus X se conoce como una curva de velocidad de secado. Esta curva siempre se debe obtener bajo condiciones constantes de secado. Sin embargo en los secadores industriales el material est expuesto a condiciones de secado variables (e.g. diferentes velocidades relativas gas-solido, diferentes temperaturas y humedades, diferentes direcciones de flujo de gas). Por lo tanto es necesario desarrollar una metodologa para interpolar o extrapolar los datos de velocidad de secado sobre un rango til de condiciones de operacin (Arun S. Mujumdar).

    Fig. 4: Curva de secado ideal bajo condiciones constantes de secado. Imagen tomada de la ref. (Arun S. Mujumdar)

    DETERMINACIN DE LA CONTRACCIN DE SECADO

    La contraccin durante el secado se presenta (comnmente) de manera grfica mediante una curva de Bigot, en esta curva se grafica el contenido de humedad en masa vs. Contraccin lineal. El estudio de la contraccin de secado es importante, pues son las diferencias de deformacin las que dan lugar a las tensiones y en consecuencia a las grietas de secado. Las mayores contracciones de secado se presentan entre el punto 1 y el 3 (ver fig. 5 curva de Bigot), consecuentemente las condiciones de secado deben ser controladas cuidadosamente. Entre 3 y 4 tambin se requiere un control adecuado debido a la existencia simultanea de zonas que no contraen y zonas que contraen en la pieza y, entre el punto 4 y 5 (indicacin del nivel de porosidad) la velocidad de secado se puede aumentar, cuando todas las piezas hayan alcanzado el contenido de humedad en el que cesa la contraccin (el proceso de secado no es uniforme). En la prctica, el secado no sigue la lnea 1 - 2 - 5 sino la 1 - 3 - 4 - 5, pues no todas las partculas entran en contacto al mismo tiempo. La desviacin de la lnea 3 - 4 con respecto a la 3 - 2 - 4 da informacin sobre la desigualdad con la que se produce el secado, por lo tanto contiene informacin sobre los gradientes de deformacin y esfuerzo (Abajo, 2000).

    A continuacin se presentan 4 curvas de Bigot cuyas condiciones de secado cubren diferentes casos que se pueden encontrar en prctica (fig 5-8). La curva de la figura 5 corresponde a una pieza de alta porosidad conformada con un material de escasa plasticidad. La baja contraccin de secado (2%) y el alto volumen de poros (17% humedad se remplaza por aire) indica un bajo contenido de mineral arcilloso. La desviacin de la curva 3 4 respecto de la ideal 3 - 2 - 4 es baja, lo cual significa que el secado de la pieza es altamente uniforme (Abajo, 2000).

  • Fig. 5: Curva de Bigot. Imagen tomada de la ref. (Abajo, 2000).

    La curva representada por la figura 6 corresponde a una pieza formad con un material de plasticidad normal. Aunque este material se ha moldeado con el mismo porcentaje de humedad que la anterior, la contraccin es sensiblemente ms alta, lo cual indica que el nivel de porosidad de la pieza seca (10% de agua se remplaza por aire) es menor (Abajo, 2000) y que posiblemente la mezcla contenga una fraccin de minerales arcillosos ms alta. Tambin se observa una mayor desviacin de la curva 3 - 4 con respecto a la trayectoria ideal 3 - 2 - 4, lo cual indica tambin un secado menos homogneo (Abajo, 2000).

    Fig. 6: Curva de Bigot. Imagen tomada de la ref. (Abajo, 2000)

    La curva de la figura 7 corresponde a una formada a partil de un material graso. Este material se moldea sin problemas con amplias diferencias de humedad, pero el secado es problemtico, siendo necesario agregar entre un 20 y un 30 %masa de desgrasante a fin de reducir la fraccin de material plstico. Las contracciones se producen durante gran parte del proceso de secado (Abajo, 2000).

  • Fig. 7: Curva de Bigot. Imagen tomada de la ref. (Abajo, 2000).

    Fig. 8: Curva de Bigot. Imagen tomada de la ref. (Abajo, 2000).

    Finalmente, la curva de la figura 8 corresponde a una pieza formada con una mezcla que contiene arcilla expandible y una fraccin baja de material duro. El porcentaje de humedad de moldeo puede variar dentro de lmites amplios, pero durante el secado se agrietan las piezas. La curva de secado de esta arcilla refleja una porosidad casi nula de la pieza seca (Abajo, 2000).

    Las diferencias de contraccin y porosidad en las curvas presentadas pueden explicarse en funcin de un incremento progresivo de la concentracin de minerales arcillosos propiamente dichos (Abajo, 2000), El efecto del aumento de la fraccin de mineral arcilloso tambin se observa en los valores de la resistencia mecnica. La resistencia mecnica en seco presenta valores elevados en mezclas con altos contenidos de mineral arcilloso y valores bajos en el caso contrario (Abajo, 2000).

  • Una forma alternativa de presentar grficamente la evolucin de la contraccin y la porosidad durante el secado de una pieza cermica es el diagrama de Bourry (Geto), ver fig. 9. En este diagrama se observa claramente como el volumen inicialmente ocupado por el agua libre es progresivamente reducido por la contraccin de la pieza y posteriormente ocupado por aire.

    Fig. 9: Diagrama de Bourry. Imagen tomada de la ref. (Karsten Junge, 2005)

    GRAFICAS DE SECADO NORMALIZADA

    Se ha encontrado que la grfica de velocidad de secado normalizada = R/Rc versus el contenido de humedad libre normalizada =(X - X*)/(Xc - X*) es prcticamente independiente de las condiciones de secado (ver Fig. 10). Por lo tanto, si la tasa de secado constante (Rc) puede ser estimada y los datos de humedad de equilibrio (X*) y humedad critica (Xc) estn disponibles, la curva normalizada puede ser obtenida (Arun S. Mujumdar). Esta curva al ser altamente independiente de las condiciones de secado tambin es caracterstica del material, por lo cual nos permite diferenciar con claridad las fases del proceso de secado (es decir determinar los contenidos de agua a los cuales ocurren los cambios de comportamiento). En las referencias revisadas se encontr que en el secado de productos cermicos a base de arcilla se pueden encontrar la curvas caractersticas presentadas en la figura 11 y se clasifican como medios porosos higroscpicos capilares. La clase I presenta una fase de velocidad constante y otra fase de velocidad linealmente decreciente, en la clase II presenta una fase de velocidad constante (o levemente decreciente) y otra fase de velocidad decreciente no lineal. Finalmente la clase V presenta una fase de velocidad constante y otra fase de velocidad decreciente compuesta por un periodo linealmente y no-lineal.

  • Fig. 10: Curva de secado caracterstica. Imagen tomada de la ref. (Arun S. Mujumdar).

    Fig. 11 : Curvas de velocidad de secado normalizadas. Clase I: obtenida durante el secado de arena, arcilla y mezclas de arena y arcilla, Clase II: Obtenida durante el secado tabletas cermicas y arcilla, Clase V: Obtenida durante el secado de arena, mezclas de arcilla plstica, mezcla para ladrillo de slice y tabletas cermicas. Imagen creada a partir de la ref. (Brakel, 1980).

    FASES DEL SECADO

    La calidad de las piezas se ve ms afectada durante la primera fase y el periodo de transicin a la segunda fase, pues es durante este periodo que las piezas contraen y por los tanto se puede dar origen a deformaciones o grietas. Adicionalmente, es durante este periodo que se forman los depsitos de sales en la superficie de la pieza donde tiene lugar la evaporacin del agua. Sin embargo, para determinar la eficiencia energtica y el tiempo total de secado es necesario estudiar el proceso completo (Karsten Junge, 2005)

    FASE I

    Durante la primera fase de secado la cantidad de agua evaporada por unidad de tiempo es constante ( o decrece muy lentamente) y el volumen de la pieza disminuye en proporcin al agua eliminada, tal como puede verse en las figs. 5 - 8. La velocidad de secado se mantiene relativamente constante mientras que el agua fluya hasta la superficie con la misma velocidad con la que se evapora (Abajo, 2000) (Geto) (Building advisory service and information network) (ACIMAC). Cuando la velocidad de evaporacin sea mayor que la velocidad de migracin del interior a la superficie, la continuidad se interrumpe y, mientras la superficie se seca, el interior permanece hmedo; en consecuencia la superficie se contrae y se generan esfuerzos de tensin que pueden provocar fisuras y roturas (ACIMAC). Durante esta fase, la velocidad de secado est determinada exclusivamente por las condiciones de transferencia de calor y masa externas, estas condiciones son: la temperatura, la velocidad del aire y la presin parcial de vapor (recordar que la humedad relativa.=Pvapor/Psaturacin). En consecuencia esta fase de secado es casi independiente del material que se est secando. (Arun S. Mujumdar)

    Fig. 12: Dibujo esquemtico de secado no uniforme. Imagen tomada de la ref. (Building advisory service and information network).

  • TRANSICIN

    Durante el periodo de transicin la contraccin continua pero no es proporcional a la prdida de peso (lnea 3-2-4 en la curva de Bigot), en sntesis coexisten dos fenmenos: la eliminacin de agua no ligada y la eliminacin de agua ligada (ACIMAC). Es durante esta transicin cuando los ladrillos tienen una mayor probabilidad de fracturarse (coexistencia de zonas que contraen y zonas que no lo hacen en la misma pieza). Adicionalmente, No es posible calcular en qu momento durante el proceso de secado las piezas van a alcanzar el contenido critico de humedad, debido a la no uniformidad (ver fig. 12) de las condiciones de secado (Building advisory service and information network).

    FASE 2

    Cuando se alcanza el contenido critico de humedad (el contenido critico de humedad (Xc) para un ladrillo de arcilla y arena vara entre 0,1 0,2 kg agua/kg solido seco), la velocidad de secado (R) comienza disminuir con la reduccin del contenido de humedad (X), esto se debe a que el agua no puede migrar a la velocidad inicial (Rc) a la superficie en razn de las limitaciones internas de transporte. El mecanismo en el que se basa este fenmeno depende tanto del material como de las condiciones de secado. La superficie se seca hasta que alcanza el contenido de humedad de equilibrio (X*) (Arun S. Mujumdar) (Abajo, 2000) (Geto).

    CINETICA DEL SECADO

    El objetivo del estudio de la cintica del secado es determinar (o aproximar) el tiempo requerido para remover un determinado contenido de humedad de la pieza.

    FASE I

    En algunas ocasiones se ha dicho que un periodo de velocidad de secado constante puede ser observado solamente cuando la precisin de las mediciones es baja, y que lo que realmente se presenta es un periodo donde la velocidad de secado que decrece lentamente. Si observamos las curvas de secado que se presentan en la fig. 13 para el mismo medio poroso pero diferentes condiciones externas (velocidad del aire en el experimento 6 es de 0,9 m/s y en el experimento 9 es de 18 m/s), no queda duda de que en relacin con el experimento 9, el experimento 6 presenta un periodo de velocidad de secado constante (Brakel, 1980).

    Figura 13: Velocidad de secado en function de del contenido de humedad medio mostrando el efecto de la velocidad del aire. Imagen tomada de la ref. (Brakel, 1980).

    Durante la primera fase del proceso de secado la velocidad a la cual se reduce la humedad de la pieza puede ser constante o linealmente decreciente, bajo condiciones constantes de secado. Dependiendo fuertemente de la velocidad del aire. Adicionalmente es necesario mantener un equilibrio entre la velocidad de transporte de agua a la superficie y la velocidad de evaporacin. Para determinar el tiempo de secado de una fase de velocidad de secado constante (R=Rc) se puede utilizar la siguiente relacin (Arun S. Mujumdar):

    =

  • Si la velocidad de secado decrece linealmente (R=mX+c) en funcin de la reduccin de humedad, el tiempo se calcula utilizando la siguiente relacin (Arun S. Mujumdar):

    = + + =

    La velocidad de secado (R) puede ser determinada a partir de pruebas de laboratorio (construccin de una curva de secado caracterstica) teniendo en cuenta que las condiciones de secado (velocidad, temperatura y humedad relativa deben ser representativas del proceso pero mantenerse constantes) y constituye una velocidad de secado en la cual la velocidad de evaporacin y la velocidad de transporte de agua a la superficie estn en equilibrio (verificacin visual durante la prueba). Para verificar que las condiciones de proceso son adecuadas se debe determinar la velocidad de evaporacin (E) y verificar que sea menor o igual a R para evitar la prdida de equilibrio.

    La velocidad a la cual el agua se mueve de una superficie liquida al aire que la rodea fue determinada experimentalmente por Wilis Carrier, entre otros. La ecuacin que se presenta a continuacin puede ser utilizada para determinar la mxima tasa de evaporacin (kg/m2*s) de una superficie liquida. Teniendo en cuenta la anotacin de la ref (Abajo, 2000) el resultado se puede multiplicar por 0,5 para obtener un valor ajustado al proceso de secado de piezas cermicas.

    = , + , = , + , , =

    Dnde: V es la velocidad del aire paralela a la superficie en m/s. PW es la presin parcial de saturacin de vapor de agua a la temperatura de la superficie del material, PA es la presin parcial de vapor de agua a la temperatura y humedad del aire y hW es calor latente de vaporizacin del agua (2260 kJ/kg). La ecuacin indica que la velocidad de secado de proporcional a la velocidad y a la diferencia de temperatura entre la superficie de la pieza y la atmosfera circundante.

    FASE 2

    Durante la fase 2 del secado la velocidad a la cual se reduce la humedad de la pieza puede ser linealmente decreciente, decreciente controlada por difusin o una combinacin de los dos comportamientos (ver fig. 11). Para determinar los rangos de humedad en los cuales el comportamiento de secado presenta los comportamientos mencionados se utiliza la curva de secado caracterstica.

    Para determinar el tiempo de secado la seccin linealmente decreciente se utiliza la ecuacin presentada anteriormente. En el caso de que el material presente una velocidad de secado controlada por difusin el tiempo se puede aproximar utilizando la relacin 6:

    Donde: a es la distancia de transporte en m, Deff es el coeficiente de difusin efectivo y X es el contenido de humedad en kg agua/kg solido seco. Adicionalmente al ser dependiente de la geometra de la pieza, la difusividad depende simultneamente de las condiciones de secado y de la estructura fsica de la pieza. Por lo tanto la difusividad efectiva (Deff) es una propiedad promedio (lumped property) que no distingue entre los procesos de transporte activos, entre los cuales podemos encontrar difusin de lquido, difusin de gas, flujo capilar, flujo hidrodinmico (Arun S. Mujumdar) (Saber Chemkhi, 2005) (Milos Vasic) (Wilton Pereira da Silva, 2013). En consecuencia el modelo de difusin es ms un mtodo de ajuste de datos para la fase 2 de secado, que un modelo fsico del proceso de transporte de masa. El coeficiente de difusin efectivo se determina a partir de curva ln(contenido de humedad) vs tiempo con datos obtenidos a condiciones constantes de secado (representativas del proceso industrial), a partir de la pendiente de los segmentos lineales se puede determinar el coeficiente de difusin efectivo (Saber Chemkhi, 2005)

  • OPTIMIZACIN DEL PROCESO DE SECADO

    Una vez se determina la curva caracterstica de secado, se diferencian las fases de secado y se aproxima el tiempo requerido para cada fase; se divide el ciclo en tres zonas.

    CALENTAMIENTO DE LA PIEZA

    Es el tiempo necesario para calentar el material hasta la temperatura de salida de aire hmedo (zona A); durante esta fase la alta humedad relativa del secadero evita el secado de la pieza (ver fig. 14).

    ELIMINACIN DEL AGUA DE LA FASE 1

    El secado propiamente dicho comienza en la zona B. En esta zona, tiene lugar la contraccin de la pieza y son las diferencias de contraccin las que dan lugar a tensiones y roturas en el material seco. Es preciso lograr una gran uniformidad de secado para evitar roturas, esto se consigue estableciendo una buena circulacin de aire alrededor de las piezas (Abajo, 2000). La velocidad de secado en la zona depende principalmente de la uniformad de distribucin, velocidad y cambio de humedad relativa del aire.

    El aire caliente es menos denso que el aire fro. Esto da como resultado la acumulacin de aire hmedo y fro en la parte inferior del secadero (Abajo, 2000). El secado de las piezas que han atravesado el secadero por la zona hmeda y fra es mucho ms lento que el de aquellas que lo han hecho a travs de las corrientes preferentes de aire caliente. Consecuentemente, el tiempo de permanencia en la zona B se prolonga, ya que no se debe entrar en la zona C hasta que la pieza ms retrasada haya alcanzado el punto crtico. Para evitar la estratificacin del aire se combina la ventilacin horizontal con la vertical, que debe forzar el descenso del aire caliente (Abajo, 2000).

    Fig. 14: Variacin del contenido de humedad de la pieza en funcin de la temperatura y del porcentaje de la humedad relativa.

    ELIMINACIN DEL AGUA DE LA FASE 2

  • El paso de la zona B a la C tiene lugar en el momento en que la pieza ha alcanzado el punto crtico (de acuerdo con la

    curva de secado caracterstica). Al no producirse contracciones en la pieza, se pueden aumentar la velocidad de secado. Esto se logra aumentado la velocidad de transporte del agua entre el interior y la superficie de la pieza, lo que significa aumentar el coeficiente de difusin mediante un aumento de la temperatura. La dependencia de la difusividad con la temperatura es adecuadamente descrita mediante la relacin de Arrhenius (Arun S. Mujumdar):

    = Donde Deff es la difusividad efectiva, Ea es la energa de activacin, R es la constante universal de gas ideal y T es la temperatura en Kelvin (Arun S. Mujumdar). La energia de activacin Ea puede ser determinada a partir de la curva ln(Deff) vs. 1/T. La pendiente de la lnea es (Ea/R) y el intercepto es igual a ln(DO) (Saber Chemkhi, 2005).

    EL SECADERO CON MATERIAL APILADO DIRECTAMENTE SOBRE VAGONETA DE HORNO

    En el secadero en apilado directo en verde, las caras de apoyo entre piezas se retrasan mucho en el secado, por lo que si se trata de arcillas de baja porosidad como las montmorillonitas, en las cuales el agua fluye con dificultad a travs de la red capilar de la pieza, se producirn roturas. Este secadero slo se puede utilizar con arcillas illticas o caolinticas que ofrezcan buenas condiciones de secado. Otro inconveniente de este secadero es su interdependencia con el horno, pues, al no existir reserva entre secadero y horno, el ciclo del secadero viene condicionado por el del horno, cuando en el horno se cuecen piezas que requieren ciclos ms largos; y a la inversa, el ciclo del horno vendr condicionado por el secadero cuando en este se secan piezas con ciclos de mayor duracin que los del horno (Abajo, 2000).

    REFERENCIAS

    Abajo, M. F. (2000). Manual sobre fabricacion de baldosas, tejas y ladrillos. Barcelona: Laboratorio Tecnico Ceramico C.B.

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    S. Chemkhi, F. Z. (2008). Development of a darcy-flow model applied to simulate the drying of shrinking media. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 25(03), 503-514.

  • Saber Chemkhi, F. Z. (2005). Water diffusion coeficient in clay material from drying data. Desalination, 491-498.

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