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Enero de 2020

¿Cómo funciona el secado?

El objetivo al secar el material plástico es lograr el equilibrio ideal entre la velocidad de secado y evitar daños al material.

Motan explica: las relaciones físicas durante el secado

Para secar el material debe eliminarse la humedad del mismo, esto puede sonar en un principio muy simple. El primer método que se nos podría ocurrir sería utilizar la temperatura de secado más alta posible para secar el material rápidamente.

En este caso cuanto mayor es la temperatura, mayor es la capacidad de absorción del aire para absorber la humedad. Sin embargo, la naturaleza misma del material marca los límites y debe evitarse dañar el plástico, por lo tanto, la temperatura debe permanecer significativamente por debajo del punto de fusión del material. (Otros tipos de daños quedan fuera del alcance de este artículo).

Incluso una temperatura de secado por debajo del punto de fusión en combinación con un mayor tiempo de secado conlleva riesgos, por ejemplo, un secado excesivo del material como el apelmazamiento.

Entonces, ¿cómo puede secarse el granulado sin ser dañado? Existen dos factores clave:

  • Las fuerzas de unión entre las moléculas de agua y plástico.
  • La diferencia de presión de vapor entre la presión en la superficie del plástico y la presión parcial del vapor de agua en el aire; denominado gradiente de concentración.

Las fuerzas de unión entre el agua y las moléculas de plástico, las llamadas fuerzas de Van de Waals, son fuerzas débiles, que dependen de la fuerza de los grupos polares en el material. A medida que aumenta la temperatura, disminuyen las fuerzas entre el agua y las moléculas de plástico. Un ejemplo extraído de la naturaleza de cómo trabajan las fuerzas de Van de Waals la presentan los gekkos, sus patas están cubiertas de finos pelos (setae), que ofrecen individualmente poca fuerza. Pero la suma de todos ellos permite que el gekko camine sobre paredes y techos.

Otro factor clave es la diferencia de presión, el llamado gradiente de concentración. Se determina por la diferencia entre el contenido de humedad inicial del material a secar y el contenido de humedad (punto de rocío) del aire seco.

Los materiales higroscópicos tienden naturalmente hacia el equilibrio de humedad en el aire ambiente. Este equilibrio depende del tipo y la temperatura del plástico, así como de los parámetros del aire(humedad relativa, temperatura y presión). Al calentar el aire o bajar la temperatura del punto de rocío se crea una diferencia de presión (y por lo tanto un gradiente de concentración), con el resultado que la humedad del granulado se dispersa al aire.

Las temperaturas más altas debilitan las fuerzas de unión de las moléculas, permitiendo que la humedad se difunda más fácilmente. Además, el aire más caliente puede absorber una mayor cantidad de humedad, en otras palabras, tiene una mayor afinidad por el agua.

La velocidad a la que la humedad interna del granulado se difunde a la superficie, la denominada velocidad de difusión, depende a su vez del material que se va a secar.

Es importante señalar que, al comienzo del proceso, la difusión es más rápida debido al mayor gradiente de concentración. A medida que el gradiente disminuye, se ralentiza la velocidad de difusión, hasta que nuevamente se alcanza un equilibro de la humedad.

Cuando se seca el granulado plástico, el contenido de humedad absoluta del material es relativamente bajo. En este contexto queda claro que el aire de proceso no debe calentarse simplemente a una temperatura adecuada, sino que también debe tener un contenido de humedad muy bajo, para desarrollar el gradiente de concentración necesario a fin de alcanzar el nivel requerido de humedad residual para un procesamiento posterior.

A menudo en el contexto de secado de granulado plástico se mencionan puntos de rocío de entre -20 y 60 °C. En la mayoría de los casos, sin embargo, es muy dudoso que una temperatura baja del punto de rocío sea realmente ventajosa. En términos generales, el aire de proceso con una baja temperatura de punto de rocío tiene un efecto positivo hasta cierto punto, y contribuye a la velocidad de secado del granulado. Pero este efecto está, como hemos descrito previamente, limitado por la velocidad máxima de difusión, que, a su vez, depende del material y la temperatura.

Además, el secado del aire a bajas temperaturas de punto de rocío requiere una cantidad significativa de energía, y conlleva el riesgo de un secado excesivo del material. En este contexto, una temperatura de punto de rocío de aproximadamente -20 °C es suficiente para secar la mayoría de los plásticos higroscópicos.

Finalmente, entran en juego las experiencias de los fabricantes de secadoras, que basándose en numerosos experimentos propios y a partir de la información de la práctica operativa, proporcionan recomendaciones de configuraciones equilibradas.


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