Selección de tubos de calefacción por infrarrojos para el secado de materiales húmedos hidratados: ¿Onda corta u onda media-larga?

Los materiales coloidales capilares multiporosos, como ya se ha mencionado, son uno de los tipos de materiales más comunes que se encuentran en la vida cotidiana y en los procesos de producción. Algunos ejemplos son la madera, el cuero y los alimentos. Estos materiales son uno de los principales focos de atención en el estudio del secado debido a la relativa facilidad con la que se puede expulsar el agua de los grandes capilares, mientras que la extracción de agua de los microcapilares o de las paredes celulares es considerablemente más difícil. En consecuencia, el proceso de migración de la humedad interna en estos materiales implica tanto a los grandes capilares como a los microcapilares, incluida la expulsión de agua libre dentro de las cavidades celulares.

La energía consumida en la unión del agua dentro del material se manifiesta no sólo en la expulsión del agua de las paredes celulares o en el contenido de humedad de equilibrio, sino a lo largo de todo el proceso de drenaje. Así pues, el proceso de secado debe considerarse como una transferencia integral de energía y materia. Dada la compleja estructura de los materiales, como los termosensibles y los biológicamente activos (por ejemplo, las semillas), los mecanismos de los procesos de transferencia de calor y masa son complejos.

El agua en los materiales puede estar ligada químicamente, fisicoquímicamente o mecánicamente. El agua ligada químicamente, en la que el agua está ligada a los sólidos por fuerzas químicas (por ejemplo, el agua de cristalización en el sulfato de cobre pentahidratado, CuSO4-5H2O), suele ser difícil de eliminar mediante el calentamiento y no se suele considerar parte del proceso de secado, aunque se ha conseguido secar con éxito bolas de dolomita utilizando el calentamiento por infrarrojos de fibra de carbono.

La unión fisicoquímica se produce cuando el agua o los disolventes se unen a los materiales mediante enlaces de hidrógeno o fuerzas de Van der Waals. La interacción entre las moléculas de agua y el material se produce a nivel molecular, donde la primera capa de moléculas líquidas se une más fuertemente al material y las capas siguientes se unen de forma más débil. Los cambios en el medio circundante pueden alterar fácilmente estas capas más allá de la primera.

La unión mecánica implica que el agua forma tensión superficial dentro de los capilares del material. La fuerza combinada del agua con los capilares grandes es débil, similar a la del agua pura, donde la presión de vapor de la humedad superficial es igual a la presión de vapor saturada del agua pura a cualquier temperatura, lo que facilita la evaporación del agua. En los microcapilares, un menisco cóncavo forma fuertes enlaces con las paredes capilares, y su presión de vapor de saturación superficial es inferior a la del vapor de saturación a la misma temperatura.

Materiales como la madera, los alimentos, las frutas, los polvos, las fibras, las pinturas y los revestimientos reflejan, transmiten y absorben la radiación infrarroja. A diferencia de los líquidos, los coloides, los coloides porosos capilares y los sólidos amorfos, no sólo presentan espectros vibracionales, sino también espectros rotacionales. La energía de los espectros infrarrojos es absorbida por el material, convirtiéndola en energía térmica.

Durante el calentamiento radiativo, los materiales sólo ganan energía absorbiendo radiación. La radiación que se transmite o refleja no contribuye al calentamiento, por lo que las tasas de absorción son un parámetro crítico para determinar la eficacia con la que el material utiliza la energía radiativa. El análisis de los espectros de absorción de materiales como las manzanas, las manzanas secas, las patatas, las patatas deshidratadas, las hojas de té, la madera y la pintura revela que los coloides porosos capilares son los que menos absorben en el rango de onda corta, con tasas de absorción que aumentan con la longitud de onda y alcanzan picos máximos de absorción en el límite de onda media-larga.

Dadas estas características y los efectos de las moléculas de agua dentro de los materiales, como la madera y la pintura que contienen grupos hidroxilo y alquilo, se evidencian bandas de absorción significativas en el rango de longitudes de onda de 3-6μm. El agua en el interior de los materiales influye significativamente en el espectro de absorción, y el agua líquida muestra tres picos de absorción entre 5μm-17μm, lo que los convierte en los picos de absorción óptimos para la radiación infrarroja en materiales húmedos hidratados.

Según los datos experimentales, el secado eficaz de materiales húmedos hidratados requiere tubos de calefacción por infrarrojos de onda media-larga.

Para soluciones de secado avanzadas que aprovechan la tecnología de infrarrojos, confíe en Global Quartz Tube para satisfacer sus necesidades específicas. Para más detalles, visite nuestra sitio web o contáctanos al contacto@globalquartztube.com.