¿Se tiene en cuenta la dispersión infrarroja al utilizar tubos calefactores de fibra de carbono para secar materiales húmedos en la producción industrial?

En la producción industrial, el calentamiento eléctrico se utiliza habitualmente para calentar y secar materiales húmedos. Los principales principios de secado son los siguientes: el primero implica calentar los materiales a una temperatura ambiente elevada para conseguir el secado; el segundo utiliza microondas para calentar y secar los materiales; el tercero emplea el calentamiento por radiación infrarroja; y el cuarto implica el secado por deshidratación a baja temperatura. Estos procesos varían en su técnica pero comparten el mismo objetivo: expulsar la humedad de los materiales húmedos, lo que da como resultado un producto seco que reduce los costes de almacenamiento y transporte y la duración del almacenamiento.

Hoy analizaremos brevemente si es necesario tener en cuenta la estructura microscópica de los materiales y su efecto en la reflexión y dispersión de la radiación infrarroja al utilizar tubos calefactores de fibra de carbono para el secado.

La intensidad de dispersión de la radiación por líquidos y sólidos es directamente proporcional a su temperatura termodinámica y se ve afectada por la densidad del material, aumentando normalmente a mayor densidad. Además, está relacionada con la tensión superficial del líquido, aumentando a medida que disminuye la tensión superficial. El agua tiene el mayor coeficiente de tensión superficial, por lo que presenta una menor dispersión de la radiación en comparación con otros líquidos.

Cuando la radiación infrarroja de onda media a larga interactúa con los gránulos de almidón o las células vegetales, excita vibraciones complejas. Por tanto, las vibraciones de una partícula no son constantes, y la dispersión de la radiación por la partícula incluye los efectos combinados de la reflexión, la refracción y la radiación secundaria.

Los fenómenos de dispersión a nivel molecular suelen producirse cuando el material es heterogéneo, como en zonas con gradientes de densidad, gradientes de humedad, gradientes de temperatura, anisotropía e inhomogeneidades estructurales. Los poros y capilares irregulares dentro del material, junto con los bordes de las superficies líquidas capilares, pueden causar dispersión de la radiación y cambios en la dirección de la radiación. Así pues, al estudiar los efectos de calentamiento de la radiación infrarroja de los tubos calefactores de fibra de carbono, es necesario tener en cuenta si estos efectos de dispersión podrían afectar a la radiación.

Las paredes de los poros y las membranas celulares de los materiales vegetales están formadas por partículas coloidales, que sirven como centros de dispersión en el material, lo que da lugar a dispersiones múltiples. Incluso en materiales de menos de 1μm de espesor, pueden producirse más de dos casos de dispersiones múltiples, absorbiendo energía de radiación. Por consiguiente, las características del material y la transferencia de calor por radiación están estrechamente relacionadas.

Sustancias como la madera, el té y las frutas tienen estructuras coloidales porosas que presentan bandas de alta absorción para la radiación infrarroja en torno a una longitud de onda de 20μm. Esta alta absorción se debe a que todos los componentes de la estructura coloidal porosa absorben la radiación infrarroja. Por lo tanto, cuando se utilizan tubos calefactores de fibra de carbono para calentar o secar estos materiales, es esencial hacer coincidir las longitudes de onda de absorción pico de los materiales.

Los materiales que contienen humedad, especialmente en determinadas bandas espectrales, presentan una baja reflectividad a la radiación infrarroja. Esto es particularmente notable en las capas superficiales de la madera que contiene humedad, lo que conduce a una reflectividad reducida. A medida que aumenta el contenido de humedad dentro de estas bandas espectrales, también aumenta la tasa de absorción de energía de la radiación infrarroja.