Proceso de secado a vacío

Proceso de secado a vacío

1. Como se dijo, el vacío es un espacio de donde se ha removido aire u otros gases. No se puede remover todo el gas. La cantidad que necesitamos remover depende de la aplicacion. Existen diferentes clases de vacio los cuales serían:

   • Bajo, medio, alto, muy alto, ultra alto, y extremo.

2. Necesidad del vacío

   • Existen varias razones por las que conviene usar vacío, y a continuación se citan algunos casos:
     • Aspiradora: este es un ejemplo de los más sencillos de sistemas que emplean el vacío. Se usa para succionar objetos de varias decenas de gramos. Por lo general, suelen trabajar a una presión de - torr por debajo de la presion atmosférica del lugar (- torr a nivel del mar).
     • La tecnología de vacío es utilizada para extraer la humedad de los alimentos, químicos, productos farmacéuticos, etc., y los gases ocluidos (disueltos) en aceites plásticos, y otros líquidos.
     • La producción de jugo de frutas y leche concentrada son ejemplos de producciones a gran escala basadas en la concentración en vacío, para lo cual no se requiere de alta temperatura para evaporar el agua o solventes contenidos en los productos.
     • Remover los constituyentes de la atmósfera que pudiera causar una reacción física o química, como puede ser la oxidación durante cierto proceso
       • Por ejemplo la fundición de metales reactivos como el titanio
     • Modificar una cierta condición de equilibrio que existe en condiciones ambientales normales
       • Remover un gas disuelto u ocluido o líquido volátil de la parte interna de un material, por ejemplo en procesos de secado a vacío
     • Para aumentar la distancia que un átomo, molécula o electrón debe viajar antes de chocar con otro, lo cual ayuda a que en un cierto proceso las partículas se muevan sin colisión entre la fuente y el blanco
       • Por ejemplo, en recubrimientos al vacío, aceleradores de partículas, cinescopios de televisión y monitores de computadora
   • Si observamos bien esta parte, podremos ver que cada uno de los puntos tienen una necesidad de l vacío para que estos procesos puedan llevarse a cabo de manera correcta y eficiente, ya que el vacío es de gran utilidad en ciertos procesos de gran importancia.

3. Vacío

   • La palabra "vacío" es usada para describir un rango muy amplio de condiciones. Por un lado, la palabra vacío se refiere a un espacio sin materia, o más específicamente, a un espacio en el que el aire y otros gases estan ausentes.
     • Por otro lado, vacío es cualquier gas o aire a presión menor que la atmosfera.
       • Un ejemplo a estas condiciones sería: Las presiones existentes en la entrada de una aspiradora de polvo
     • Un ejemplo de esto seria el espacio intergaláctico

4. Usos y aplicaciones importantes del secado

   • Los líquidos volátiles, incluyendo el agua, evaporarían a una velocidad muy alta sin una atmósfera rodeando a nuestro planeta.
     • Normalmente el agua y otros fluidos evaporan lentamente porque, la evaporación de las moléculas puede regresar dentro del fluido después de chocar con moléculas de aire de la superficie de un líquido
       • Esto indica los usos básicos del vacío para nuestro interés
         • Remocion de gases que impiden la transferencia de calor
         • Remoción de gas para permitir el viaje de las partículas a una distancia requerida
         • Evaporación o secado particularmente a una temperatura debajo de lo usual
         • Eliminación de gases químicamente activos

5. Secado a vacío

   • El proceso de secado a vacío puede ser considerado de acuerdo con las condiciones físicas, ya sean para añadir calor y remover vapor de agua.
     • La evaporación del agua procede más rápido a bajas presiones, y el calor es añadido indirectamente por el contacto con una pared de metal o por radiación.
       • Bajas temperaturas pueden ser usadas en vacío para ciertos materiales que se pueden decolorar o descomponer a altas temperaturas.
   • Ventajas del secado a vacío
     • Es ideal para materiales que pueden ser dañados o cambiados si se exponen a altas temperaturas
     • El vacio remueve humedad mientras previene oxidación o explosiones que pueden ocurrir cuando ciertos materiales se combinan con aire
     • Es también ideal en situaciones donde un solvente debe de ser recuperado o donde algunos materiales tienen que secarse hasta niveles muy bajos de humedad
     • Difiere de secado a presión atmosférica, el secado bajo a presiones menores, baja el punto de ebullición y provee una mayor diferencia de temperatura entre el medio calefactor y el producto. Esto provoca un secado más rápido y una recuperación más rápida de calor
   • Desventajas del secado a vacío
     • Requiere de un mayor consumo de materiales metálicos para la construcción de equipo más complejo que el requerido para otros procesos.
     • Consume mucha energía

6. Fluidización a vacío

   • Es una variación de este proceso que trae ciertas ventajas, y ayuda a eliminar algunas de las implicaciones por las que la fluidización todavía se limita.
     • Dentro de los efectos de la presión y temperatura operacional en un lecho fluidizado se pueden tomar en cuenta los siguientes:
       • aumenta ligeramente (1-4%) aumentando ligeramente la presión de operación. También se observa que aumenta, al aumentar la temperatura con partículas finas.
         • Umf decrece con un aumento en la presión. Estos es poco visible en sistemas con partículas finas, pero el efecto se hace significativo con partículas grandes
       • En algunos trabajos experimentales recientes se ha observado que en caso de partículas porosas, una disminución en la presión operacional, aumenta la difusión en el sistema sólido- gas y juega un papel favorable en el proceso de secado, pero al mismo tiempo la capacidad de transporte del medio externo, disminuye
         • Los experimentos muestran que incrementar la presión operacional más de 60 kPa en el periodo de velocidad decreciente, no provee mejorías en el contenido de humedad final, en el caso de aplicar presiones diferentes en las dos etapas de secado.
           • Sin embargo las temperaturas operacionales más altas responden favorablemente al cambio de presión operacional.

7. Regímenes de flujo

   • El comportamiento de un lecho fluidizado esta fuertemente influenciado por la reducida presión operacional
     • El aumento de un camino libre de moléculas, como resultado de menor densidad de gas, es responsable de esta influencia
       • En un lecho fluidizado se pueden observar distintos tipos de flujo. El tipo de régimen de flujo en el lecho es especificado por el valor del número de Knudsen, definido como la relación del camino libre principal de las partículas y el diámetro del lecho:
         • Los diferentes regímenes de flujo que se pueden encontrar son los siguientes:
           • -Flujo molecular (Kn>>1). La trayectoria libre del gas es mucho más grande que el diámetro del ducto, las colisiones son comúnmente con la pared en vez de que sea entre las partículas y el concepto de viscosidad no existe. Los lechos fluidizados no pueden ser operados bajo estas condiciones
           • -Flujo intermedio (Kn=1). La trayectoria libre de las partículas es similar al diámetro del ducto. El flujo del gas es establecido por el fenómeno molecular y por la viscosidad. Un lecho fluidizado puede ser operado en estas condiciones.
           • -Flujo laminar (Kn<<1). El gas está en un estado viscoso, el flujo del gas está determinado por su viscosidad y por lo tanto, se aplica la ley de Hagen-Poiseuille. Si el número de Reynolds se incrementa, la transición de flujo se alcanza y, con valores altos de Re, el flujo es turbulento. Los lechos fluidizados operan en estos tres regímenes (laminar, transición y turbulento).
         • A presiones muy bajas el flujo es molecular. El flujo del gas [QP] no depende de la presión y es constante, a partir de un valor alcanzado con ,,,,,,,,,.......... como la trayectoria libre de las partículas incrementa el flujo del gas también decrece asintóticamente.
           • Cuando la presión aumenta, la trayectoria libre de las partículas decrece a 1.57D, los efectos viscosos aparecen y la conductancia comienza a aumentar gradualmente con la presión.
             • La transición de un régimen a otro dependerá del gas, la presión y del diámetro del canal para el caso del aire:
               • PD<0.01Pa m Flujo molecular

8. Velocidad mínima de fluidización

   • Estudiando la relación entre la caída de presión y la velocidad del fluido a diferentes presiones y en diferentes regímenes, se desarrollo una metodología para la predicción de velocidades mínimas de fluidización y propusieron las siguientes ecuaciones, que son válidas en condiciones dentro del rango de alto vacío a alta presión.
     • • En donde:

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