Características clave de los materiales en la mecánica de secado

En el campo de la mecánica del secado, el duro trabajo de los investigadores que estudian la dinámica del secado es indispensable. Sin su incesante experimentación, no dispondríamos de parámetros de proceso listos para usar en el secado u horneado de productos mediante elementos calefactores de fibra de carbono. La dinámica del secado implica el estudio de la deshidratación de los materiales durante el proceso de secado y su relación con diversos factores determinantes. Estos factores se dividen en dos categorías principales.

La primera categoría son las características de los propios materiales, incluidas las características estructurales, las características biológicas, las características de la flor de pera y las propiedades termofísicas. Se trata de factores intrínsecos.

La segunda categoría incluye las condiciones de calentamiento, que comprenden los parámetros y métodos de calentamiento. Los parámetros de calentamiento incluyen la temperatura de calentamiento por radiación, la potencia de calentamiento, las temperaturas de bulbo seco y húmedo, la dirección y la velocidad del flujo de aire. Los métodos de calentamiento abarcan el suministro de temperatura constante y variable, el aumento rápido o lento de la temperatura, la duración constante de la temperatura y los métodos de enfriamiento. Se trata de factores externos.

Mediante la integración de factores internos y externos, el objetivo es comprender cómo la humedad del interior de los distintos materiales se difunde hacia su superficie y se evapora desde allí. Esto implica estudiar la resistencia que encuentra la humedad al migrar o difundirse en el interior de los materiales, y cómo estas resistencias se relacionan con la estructura de los materiales y su capacidad para absorber energía externa. Se trata de explorar las características de transferencia de calor y masa de los materiales húmedos. La dinámica del secado, basada en la búsqueda de leyes de secado de materiales, establece esquemas de calentamiento y ciclos de secado optimizados. Esto proporciona una base teórica para diseñar nuevos procesos y reequipar equipos antiguos, con el objetivo tanto de ahorrar energía como de garantizar la calidad del secado.

Durante el proceso de secado, las propiedades del material que se está secando, como la estructura, la forma, el tamaño, la estabilidad térmica y la estabilidad química, son cruciales para determinar la técnica de secado. En particular, las nuevas características del material producidas por la combinación de la humedad con distintos tipos de materiales son los factores más significativos que afectan al proceso de secado. La forma en que la humedad se combina con los materiales sólidos afecta a la facilidad de eliminación de la humedad de los materiales. Para dominar las reglas de la deshidratación, primero es necesario estudiar los modos de unión del agua con los materiales.

Profundicemos en cómo las sustancias de la naturaleza pueden clasificarse en función de su interacción con el agua en tres categorías:

1. Cuerpos porosos capilarestambién conocidos como medios porosos. En estos materiales, el tamaño cambia poco o nada con los cambios en el contenido de agua. Sin embargo, se vuelven quebradizos al disminuir la humedad y algunos pueden convertirse en polvo, como el coque, el carbón vegetal, la tierra, la arena, los ladrillos y algunos materiales de construcción. Las fuerzas capilares en estos materiales superan en gran medida a las fuerzas circunferenciales, por lo que son las únicas que determinan la distribución interna de la humedad. Cuando son neutros en comparación con las fuerzas capilares, estos materiales se denominan cuerpos porosos. En los cuerpos porosos, la unión de los materiales con el agua se produce principalmente a través de las fuerzas capilares, que es un método de unión relativamente sencillo en el que las moléculas de agua existen en estado de radicales libres.
2. Coloides. Estos materiales cambian de tamaño y volumen al variar su contenido de agua. Existen dos tipos de coloides: los que se expanden infinitamente al absorber agua, pierden sus dimensiones geométricas originales y acaban disolviéndose, conocidos como cuerpos infinitamente expandibles, como la goma arábiga; y los que sólo absorben una cierta cantidad de agua, se expanden hasta cierto punto y conservan su forma geométrica, conocidos como cuerpos finitamente expandibles, como la gelatina. En estos materiales, los microcapilares son muy pequeños, comparables en tamaño a las moléculas de los materiales, lo que dificulta la deshidratación.
3. Coloides porosos capilares. Estos materiales poseen las características de las dos categorías anteriores, al tener una estructura porosa capilar con propiedades coloidales en sus paredes capilares o paredes celulares, que son elásticas y pueden absorber agua para expandirse y contraerse durante la deshidratación, como la madera, la piel, los cereales y los alimentos.

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