Secado de ladrillos

descripción de procesos de secado de ladrillos

1. MMAANNUUAALL
DDEE SSIISSTTEEMMAAss DDEE SSEECCAADDOO EENN LLAA
IINNDDUUSSTTRRIIAA DDEELL LLAADDRRIILLLLoo

4. Schweizerische Eidgenossenschaft
Confédération suisse Cofederazione
Svizzera Confederaziun svizra
Agencia Suiza para el Desarrollo y
la Cooperación COSUDE

5. PROGRAMA DE EFICIENCIA
ENERGÉTICA EN LADRILLERAS




MANUAL DE sIsTEMAs DE sECADo
EN LA INDUsTRIA DEL LADRILLo


RRiioo ddee JJJaaannneeeiiirrrooo -- BBrrAASSIILL
AAggOOSSttoo || 22001166






Schweizer is che Eidgenos s ens chaft
Confédér at ion s uis s e
Cofeder azione Svizzer a
Confeder aziun s vizr a
A gencia Suiza par a el D es ar r ollo
y la Cooper ación CO SU D E

6. Manual de Sistemas de Secado na Indústria de Cerâmica Vermelha.
SCHWOB, M. R. V. et al. Río de Janeiro: INT/MCTIC, 2016. 42p.
ISBN 978-85-99465-13-4
1. Cerâmica Vermelha, 2. Sistemas de Secado, 3. Eficiencia Energética.
| INStitución Ejecutora
MINISterio de Ciencia, Tecnología, InnovACIONES y ComunicACIONES (MCTIC)
Ministro: Gilberto Kassab
INStituto Nacional de Tecnología (INT)
Director General: Fernando COSME Rizzo AS S UNÇão
Coordinación de TE CNO L O G Í AS AplicADAS
Coordinador: Antônio Souto de Siqueira Filho
DIVISIÓN de Energía
Jefe: Maurício FrANCISCo HENRIQUES Júnior
| Co-ejecución
Fundación de Ciencia, Aplicaciones y Tecnologías Espaciales (FUNCATE)
Programa de Eficiencia Energética en LadrillerAS de América Latina para Mitigar el
Cambio Climático - Programa – EELA en BrAS IL
Coordenador: Joaquim Augusto Pinto Rodrigues
| Cooperación Internacional
Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación
(COSUDE) Fundación Suiza para la Cooperación
Técnica (Swisscontact)
| AutorES
Frans Pareyn
Enrique
Riegelhaupt
Julia Santos Nunes de Campos
Marcia Carla Ribeiro de Oliveira
| ReVISIÓN
Marcelo Rousseau Valença
Schwob Vinicius Bernardo
Vedovi
| Coordinación
Joaquim Augusto Pinto
Rodrigues Maurício Francisco
Henriques Jr.
| Diagramación y Portada
Jeferson Toledo Barros (Nostromo Design Gráfico)

7. 4. Referencias
bibliográficas
42
3. Tipología de los secadores para
ladrillos
22
3.1 Secadores
Estáticos
22
3.4.1 Secadores a
rodillos
36
3.4 Secadores
Rápidos
35
3.5 Secadores a grandes volúmenes de
aire
41
3.4.4 Otros tipos de secadores
rápidos
39
3.3 Secadores Semi-
Continuos
34
3.4.3 Secadores tipo Talsica o
estera
37
3.2 Secadores
Continuos
24
3.4.2 Secadores de
balanza
36
2. Teoría de secado de productos
cerámicos
8
1. Introducció
n
7
Presentació
n
6
RESUMEN

8. Tabla 1 – Tenores de humedad residual ........................................................... 9
Tabla 2 – Datos operativos del secador en tres condiciones climáticas distintas 31
Tabla 3 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de
secado continuo................................................................................. 32
Tabla 4 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de secado 40
Gráfico 1 – Curva de Bigot............................................................................ 12
Gráfico 2 – Diagrama de Sherwood .............................................................. 13



Figura 1 – Secado natural al aire libre .......................................................... 17
Figura 2 – Secado natural en invernadero.................................................... 18
Figura 3 – Secado forzado ............................................................................ 21
Figura 4 – Secadores estáticos ..................................................................... 24
Figura 5 – Secadores continuos.................................................................... 26
Figura 6 – Sistema de secado de auto-movimiento ..................................... 30
Figura 7 – Secador tipo Talisca o artesa....................................................... 38
Figura 8 – Funcionamiento de un secador tipo Talisca o artesa. ................. 38
LISta de tABLAS
LISta de figurAS
LISta de GráficOS

9. ANICER Asociación Nacional de la Industria de Ladrillos
CE Ceará
COSUDE Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación
EELA Eficiencia Energética en Ladrilleras
INT Instituto Nacional de Tecnología
MCTIC Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovaciones y
Comunicaciones
SEBR A E Servicio Brasileño de Apoyo a las Micro y Pequeñas
Empresas
SFB Servicio Forestal Brasileño
ACRÓNIMOS

10. E
PrESENtación

l Programa Eficiencia Energética en Ladrilleras de América
Latina para Mitigar el Cambio Climático (EELA) busca contribuir a la
mitigación del cambio climático a través de la reducción de emisiones de
gases de efecto invernadero (GEI) en las industrias del ladrillo de América
Latina y mejorar la calidad de vida de la población involucrada. Este
programa es financiado por la Agencia Suiza para el Desarrollo y la
Cooperación (COSUDE) y ejecutado por Swisscontact junto con sus
socios en siete países: Argentina, Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador,
México y Perú.

En Brasil, la coordinación del programa está a cargo del Instituto Nacional
de Tecnología (INT) del Ministerio de la Ciencia, Tecnología,
Innovaciones y Comunicaciones (MCTIC), y cuenta con diferentes socios
como el Servicio Brasileño de Apoyo a las Micro y Pequeñas Empresas
(SEBRAE), el Servicio Forestal Brasileño (SFB/MMA) y la Asociación
Nacional de la Industria del Ladrillo (ANICER), entre otros.

El presente Manual de Sistemas de Secado en la Industria del Ladrillo forma
parte de un conjunto de acciones e instrumentos que buscan proveer a las
empresas del sector con informaciones para una producción más eficiente,
así como más limpia y sostenible. En este manual se está abordando los
diversos tipos de posibilidades existentes y practicadas por las industrias
del sector, indicando sus aplicaciones, ventajas y limitaciones.

11. s

1| Introducción
e entiende por secado al proceso de transferencia del líquido presente
en un sólido húmedo hacia la fase gaseosa insaturada. En el proceso
productivo de la industria del ladrillo el secado es la etapa de dicho
proceso que antecede a
la quema en hornos involucrando la adición de calor para la evaporación
parcial del líquido presente en el producto cerámico, el llamado secado
térmico.
Además de éste, puede haber secado mecánico sin cambio de estado del
agua, mediante filtración, presión o centrifugación, pero estos constituyen
procesos no adoptados por la industria del ladrillo, en función de mantener
una elevada humedad residual del producto.
En una planta de producción de ladrillos, el secado constituye una operación
de importancia fundamental para la calidad del producto final, así como para
la reducción de pérdidas de producción y energía.
El estudio del secado y el cálculo de secadores están ligados a un gran
número de problemas en las áreas de mecánica de fluidos, química,
fenómenos de superficie, de estructura de sólidos, así como a cuestiones de
transferencia de calor y de masa. Adicionalmente, la operación del proceso
demanda el cumplimiento de condiciones técnicas distintas, exigidas en
cada etapa del mismo. De esta forma, es común el desajuste de la
operación de secadores en las plantas de producción de ladrillos, en función
de la necesidad de contar con equipamientos bien proyectados y adecuados al
proceso específico de producción de la empresa.
7

12. 2| Teoría del SECado de productOS CERámicOS
En el secado usual de un ladrillo o teja, el aire caliente producido en las
cámaras de combustión y/o recuperado de hornos en las fases de cocción o
enfriamiento entra en contacto con la superficie de la masa cerámica sólida
elevando la temperatura de la pieza cerámica hasta llegar a un valor
constante. En este período, la temperatura del sólido y la velocidad de
secado pueden aumentar o disminuir hasta obtenerse un estado de
equilibrio.
Cabe señalar que un material cerámico húmedo no puede ser calentado de forma
brusca hasta la temperatura de secado y ser enfriado de forma igual sin
riesgos de ocurrencia de fracturas debido a la rápida evaporación del
contenido líquido higroscópico, que se vaporiza entre 50 y 200°C, y de las
formas interfoliares (laminares), que se vaporizan en temperaturas por
encima de éstas. El agua, en estado líquido o vapor, contenida en un material
posee mecanismos complejos capaces de modificar las propiedades fisicas
de los cuerpos según la humedad adquirida. Lo mismo aplica para los gases
y su estado higrométrico, pudiendo alterar el proceso de secado de un
sólido. De este modo, en el proceso de secado de un cuerpo sólido es
necesario suministrar la energía que permita eliminar las moléculas de agua,
lo que depende de la temperatura y del contenido de agua del medio
circundante, en este caso, el aire caliente. Este calor se entrega hasta
obtener un valor de humedad residual, en tanto la cantidad de energía para
continuar con el retiro de líquido se hace bastante mayor.
En suma, las cantidades de agua empleadas en la fase de conformación del ladrillo o
teja no son completamente eliminadas en el secado. Se define la pieza
como seca cuando permanece a peso constante después de un prolongado
tratamiento a una temperatura de 75°C, siendo esta referencia de porcentaje
de humedad referente al peso de producto seco, siendo muy importante para
la medida de la humedad residual y la evaluación de sus efectos,
considerando un rango muy estrecho de valores de humedad, lo que hace
que el proceso sea exigente en términos de precisión de medida. Por otro
lado, una mayor o menor humedad relativa del ladrillo influye en varios
aspectos:
 Tiempo y costo de secado: a medida que los porcentajes de secado
tienden a ser menores, se hacen necesarios tiempos más largos
para la extracción del agua. Para compensar el hecho, se debe
aumentar la temperatura del aire caliente, lo que termina por
demandar y disipar más calor, reflejándose en un aumento de costo
operativo;
 Reabsorción de humedad: la exposición del producto al ambiente
favorece la estabilización del equilibrio de humedad entre el ambiente
y el producto. Por lo tanto, se hace contraproducente secar más allá de
lo necesario;

14.  Aprovechamiento del calor del tiro del(los) horno(s): los gases de
escape del horno pueden suministrar calor para remover la humedad
residual del producto que entra en la cocción, considerando
diferenciales de temperatura del orden de 120 a 140°C;
 Reducción de la resistencia mecánica en seco: el ladrillo seco debe
tener suficiente resistencia mecánica para soportar las acciones
mecánicas generadas por la manipulación y movimiento de las
máquinas (apiladoras, cargadores, elevadores etc.), destacando que
pequeñas reducciones porcentuales de humedad pueden reducir estas
resistencias de forma acentuada, en especial en productos con muchos
vacíos, por ejemplo, ladrillos huecos (pandereta);
 Retazos y quiebres durante la cocción: la humedad residual del
producto en un ambiente con temperaturas elevadas, como ocurre
durante la cocción en el horno, tiende la elevar la presión mecánica
en el interior de la estructura porosa, lo que conlleva a un riesgo de
explosión al interior de la pieza, en el caso que ella involucre
espesores de tabiques grandes, baja porosidad del material o
elevaciones súbitas de temperatura, haciendo que sucedan
repentinas salidas de vapor;
Por todas estas razones, no es fácil determinar la humedad residual en su
punto ideal, lo que depende de aspectos como:
 Materia prima y su composición granulométrica;
 Tipo de producto con sus porcentajes de vacío, espesor de tabiques etc.;
 Tipo de secador, considerando su demanda de energía térmica;
 Tipo de horno, considerando su velocidad de transferencia de calor;
 Condiciones higrométricas del ambiente de la fábrica;
 Cantidad y tipos de máquinas de movimiento para la producción.
En líneas generales, los contenidos de humedad residual deben variar de la
siguiente forma:
Tabla 1 – Contenidos de humedad residual
Tipo de producto Humedad reSIdual (%)
Productos con más de 35% de vacío 2,5 a
3,0
Tejas y productos leves y de grandes dimensiones 2,0 a
2,5
Productos adaptados a hornos de ciclo de cocción rápida 0,8 a
1,0
Fuente: Facincani (2002).
9

15. 10
Algunas definiciones importantes de magnitudes higrométricas:

 Humedad absoluta de un gas – es la masa de agua (g) en el estado de
vapor que contiene una unidad de volumen de gas (g/m³);

 Humedad de un cuerpo sólido – es la cantidad de agua existente en la
unidad de masa del sólido, tratado a 105 °C, expresada en porcentaje;

 Humedad relativa o grado higrométrico de un gas –es la medida de la
relación entre la presión parcial del vapor de agua y la máxima
presión en la misma temperatura;

 Punto de rocío – es la temperatura en la cual el vapor de agua presente
satura el gas. En estas condiciones, el vapor empieza a condensarse
bajo la forma de gotitas en suspensión;

 Humedad residual de un cuerpo sólido seco – es la humedad
reminiscente en un cuerpo sólido, ante la condición de equilibrio del
mismo con la del medio en su entorno, considerando la condición
higrométrica de este;

 Energía de secado – es la cantidad de energía térmica necesaria
para transformar el agua presente en un cuerpo sólido para la
condición de vapor y retirarla del mismo.
MaterialeS arcilloSoS
Las materias primas usadas en la industria de ladrillo tradicional están
constituidas por silicatos o silicoaluminatos naturales complejos, pudiendo
ser, según los contenidos minerales, clasificados como caolines, arcillas o
silicatos. En general, presentan estructura laminar y plasticidad notable en
presencia de agua. El ingreso de agua en las micelas arcillosas crea un
hinchamiento en la materia prima, cuanto más alto es el contenido de
humedad tanto mayor es dicho hinchamiento. De manera inversa, el retiro
de agua (secado) traerá una diminución volumétrica de la masa cerámica,
acarreando una retracción lineal.

Las moléculas de agua en contacto con las particulas arcillosas se
transforman en coloides caracterizados por micelas contornadas de agua
fuertemente ligada por fuerza eléctrica, permaneciendo como agua
intersticial en estado líquido en proporción más o menos fija. Esto da como
resultado que el secado ocurra de forma bastante simple cuando se elimina
el agua intersticial o “agua libre”, habiendo mayor dificultad para la
eliminación del agua fuertemente ligada a las particulas arcillosas.

16. En la práctica, como muestran las curvas de Bigot, el comportamiento de las
arcillas en el proceso de secado está relacionado al tiempo y la pérdida de
masa en etapas sucesivas, como sigue:

 Primera fASE – disminución de volumen proporcional al agua
eliminada, llevando a una velocidad de secado constante. Se dan
variaciones sensibles en las dimensiones del ladrillo debido a la
aproximación entre sí de los granos por la salida de agua coloidal. La
velocidad de evaporación es constante, con el agua libre evaporando
y migrando del interior hacia la superficie del ladrillo con una
velocidad suficiente para mantener provista de humedad a la
superficie. En principio, esta velocidad de secado es independiente
de la naturaleza de la arcilla. Este período termina cuando se
alcanza el punto crítico, con la pieza cambiando de color por la
desaparición de la película de agua en la superficie.
 Segunda fASE –formación de vacíos (poros) mientras que la masa
continúa contrayéndose de forma ligera. La evaporación se aproxima
a las micelas de arcilla y el agua libre del interior ya no es más lo
suficiente como para llegar con rapidez a la superficie para mantener
húmeda la superficie externa del ladrillo. Con esto, la tasa de
evaporación disminuye y se transfiere de a pocos hacia el interior del
cuerpo, formándose un gradiente de humedad en el transcurso de esta
fase. La evaporación corresponde a una contracción no proporcional.
 Tercera fASE – no ocurren variaciones sensibles en las dimensiones del
ladrillo, hasta que se llegue al final del proceso de diminución de
volumen, con los poros proporcionales al agua eliminados, después
de la evaporación del agua intersticial. La tasa de evaporación es
prácticamente nula. Al final de la fase, la humedad del cuerpo se
vuelve fija y corresponde al agua ligada que queda en la masa del
cuerpo. Esta agua está en equilibrio con la atmósfera húmeda del
ambiente y su cantidad depende del grado higrométrico existente en
el ambiente. Si el aire circundante está más o menos húmedo, la
humedad residual cambia.
11

17. % contracción
Punto crítico
12
Gráfico 1 – Curva de Bigot

Fuente. Facincani (2002).

Retiro de agua en el proceSo de Secado y la formación de caminoS
micro-capilareS
El retiro de agua del ladrillo o teja sólo ocurre cuando la densidad y la
viscosidad de la pieza bajan y las gotitas de agua existentes dentro de la
pieza pasan a tener la misma temperatura del ambiente externo, formando
micro-capilares al interior de la pieza. A mayor eficiencia de formación de los
micro-capilares, mayor facilidad de salida del agua y así mayor será la
velocidad de secado, que estará relacionada a una mayor preparación de la
masa cerámica para la formación de los micro-capilares.

Se verifica que la temperatura de la superficie húmeda del sólido es igual a
la temperatura del bulbo del medio. La temperatura dentro del sólido tiende
hacia el mismo valor, pero con cierto atraso, debido a que la temperatura del
bulbo húmedo de aire caliente se hace constante con la velocidad de
secado. Este es el llamado “período de secado constante”. Durante esta
fase inicial, habrá una contracción en toda la pieza. Después de esto, la
superficie empieza a parecer seca y la evaporación se inicia al interior de la
pieza, produciéndose poca o ninguna contracción. Es cuando se pierde el
agua de los poros ya no se produce contracción.

18. Este período de secado constante termina cuando el sólido logra el “contenido
crítico de humedad”, además de lo cual la temperatura de la superficie aumenta
y la velocidad de secado cae rápidamente.

Gráfico 2 – Diagrama de Sherwood

















Fuente. Facincani (2002).
El período de caída de la velocidad de secado puede tomar mucho más
tiempo que el período de velocidad constante, aunque la remoción de
humedad sea mucho menor. La velocidad de secado tiende hacia cero
cuando se alcanza la “humedad de equilibrio”, que es la mayor humedad
posible alcanzada en las condiciones en las que el sólido se está secando.

Las curvas de secado tipicas están relacionadas con el mecanismo del
proceso de secado. En el período inicial de secado, la temperatura del
sólido varía hasta alcanzar un valor constante. Durante el período de
velocidad constante, toda la superficie expuesta está saturada de líquido. El
secado se procesa sobre la superficie líquida, con el sólido no ejerciendo
influencia directa sobre la velocidad de secado. La rugosidad de la
superficie sobre la cual se extiende el líquido interfiere en el coeficiente de
transferencia de calor y masa. El régimen constante se mantiene mientras
la masa que es retirada de la superficie es sustituida en forma continua por
medio del movimiento del líquido en el interior del sólido. El mecanismo de
ese movimiento y su velocidad varían con la estructura del sólido. Si ésta
posee vacíos internos grandes, el movimiento tiende a ser controlado por
fuerzas de tensión superficial y gravedad.
13

















Primera fase Tercera fase Tiempo
Perdida de
peso

19. 14
En sólidos de estructura fibrosa o amorfa, el movimiento del líquido se da
por difusión, cuando las velocidades son mucho menores que las de
escurrimiento del primer caso. Así, en los sólidos en que la velocidad es
controlada por difusión se darán períodos de velocidad constante más
cortos y hasta dificiles de ser medidos, hasta que la humedad del sólido sea
insuficiente para suministrar toda la superficie. Este punto donde empieza la
disminución de la velocidad de secado es llamado de punto de inflexión. A
partir de ahí, el vapor de las partes internas de la masa cerámica se difundirá
hacia la superficie de forma lenta en comparación con la velocidad de
intercambio de masa y calor por convección que se da en la superficie.

Pérdida de agua, retracción, tenSión interna y tiempo de Secado
Una pieza de ladrillo extrudida en húmedo, alcanzada por un flujo de aire a
temperatura y humedad relativa constante evapora cantidades constantes de
agua a lo largo del tiempo hasta que la tasa de pérdida de agua de la pieza
empieza a decrecer. Si la evaporación ocurre de forma lenta una vez
alcanzada una humedad crítica, además de lo cual se interrumpe el flujo
líquido del interior hacia la superficie y cesa el régimen constante de
evaporación. Si la evaporación superficial fuere acelerada, el flujo líquido
hacia la superficie se interrumpe antes y el tenor de humedad crítica
aumenta, terminando antes el período de evaporación constante de las
capas superficiales.

Alcanzada la humedad crítica, el régimen de evaporación continúa
decreciendo y las cantidades evaporables se reducen en el tiempo,
prosiguiendo un régimen de evaporación decreciente.

Si el fenómeno ocurre con regularidad en productos de poco espesor, la
retracción consecuente a la pérdida de agua se efectúa solamente durante el
primer período de evaporación. Para productos de mayor espesor, el agua se
desplaza del interior hacia la superficie a lo largo de la porosidad de la masa
(capilares), por una red de pasajes desigual y complicada distribuida en
forma estadísticamente uniforme en todo el espesor. En resumen, durante
el primer período de evaporación el agua retirada procede en mayores
cantidades de las capas más externas y menores de las internas. Así, al
interior de la pieza se van formando zonas de mayor o menor gradiente de
humedad. A mayor gradiente, mayores las retracciones, que inducen
tensiones de compresión en el lado más húmedo y de tracción en el lado
más seco, que en el caso que superen los valores límites de las fuerzas de
cohesión, provocan roturas.

20. Así, los tiempos necesarios de secado, considerando constantes las
temperaturas y la humedad del aire caliente y de la materia prima, son
proporcionales al espesor de la pieza en la primera fase de secado y al
cuadrado del espesor de la pieza en la segunda fase de secado, tras la
humedad crítica. Si cambian las diferencias de temperatura entre el
ambiente y las piezas, los tiempos de secado se hacen inversamente
proporcionales a las respectivas diferencias, tanto en la primera, como en la
segunda fase de secado.
RelacioneS entre retracción y evaporación
La relación entre la pérdida de agua de una masa y su retracción se muestra en
la Curva de Bigot (humedad en porcentaje respecto a material seco versus
porcentaje de retracción, también respecto a material seco). Ella presenta tres
fases distintas (Curva de Bigot):
 La primera con contenidos más elevados de humedad con
proporcionalidad entre el porcentaje de agua evaporada y el
porcentaje de retracción lineal, ambas referidas a las condiciones
finales de secado;
 La segunda fase con contenidos de agua intermedios en que la
retracción decrece de forma rápida;
 La tercera fase con contenidos de humedad más bajos, con el agua
siendo evaporada sin que la retracción se modifique (salida de agua de
porosidad).
En el primer período se debe controlar la velocidad de evaporación para
evitar desequilibrios de retracción. Una vez alcanzado el límite de humedad
crítica en todos los puntos se puede acelerar el proceso de secado, debiendo
resaltar que, al contrario de la experiencia con algunas piezas en el
laboratorio, en un secador con millares de piezas la tarea es mucho más
compleja.
15

21. 16
ReaBSorción de humedad por el producto deSpuéS el Secado
El producto secado con aire caliente pierde humedad hasta un valor mínimo,
con lo cual se crea un desequilibrio con las condiciones higrométricas del
aire de alimentación. A baja temperatura, el aire deja en el producto una
humedad residual mayor comparado a temperaturas más elevadas. Si el
producto seco es expuesto en el ambiente en condiciones de mayor
humedad relativa, el equilibrio impone una transferencia inversa de
humedad, o sea, del aire hacia el producto. Para alcanzar el equilibrio, el
recorrido es muy largo y la reabsorción de humedad, más veloz al inicio, se
hace cada vez más lenta.

Más que de las condiciones higrométricas del ambiente, la reabsorción
depende del grado de secado recibido, de la temperatura alcanzada y de la
extensión de la superficie expuesta. En general, ella ocurre de 0,5 a 3,0%,
siendo más frecuente entre 1,0 y 2,0%. Con la reabsorción, se reduce la
resistencia mecánica en seco. En productos secados de modo irregular, esto
ocurre de manera aún más intensa, con fuertes tensiones internas o micro
fracturas, aunque puedan tener un buen aspecto estético.

Los inconvenientes derivados de la reabsorción de humedad son:

 Reducción de la resistencia del seco y posibles fracturas en la salida
del secador, en el apilamiento para la cocción y en el eventual
transporte interno para cargamento de los hornos, principalmente en
los casos de manipulación, como en el caso de los hornos Hoffmann;
 Desprendimiento de porciones y exfoliaciones en el horno;
 Necesidad de re evaporación del agua absorbida a través del aire
caliente de recuperación o de los gases de escape del horno.

22. Pérdida de agua, energía térmica y medioS de Secado
El secado térmico en secadores convencionales se efectúa por evaporación
del agua presente en el ladrillo y el paso del estado agua a vapor ocurre por
la absorción de energía térmica en la proporción de 580 a 600 kcal por cada
kilogramo de agua evaporada. En un secador, con sus pérdidas inherentes de
energía térmica, la demanda total de calor será mayor, según su eficiencia
térmica.

Para vencer las fuerzas de ligación del agua con la arcilla, es necesaria una
cierta cantidad de energía térmica adicional, pero en la práctica esta cuota
corresponde a menos de 1% de la cuota total de calor demandada.

El mecanismo de transferencia de calor hacia la pieza cerámica en el secador
puede ser directo, con la irradiación directa de calor hacia la superficie de la
pieza y de ésta al interior de la misma, por conducción, o a través de
calentamiento indirecto, que es el caso más frecuente, por medio de aire
caliente soplando y ventilando las piezas cerámicas en un mecanismo de
intercambio de calor por convección. El aire cede calor para que se dé la
evaporación y el calentamiento eventual de la pieza, mientras el aire caliente
pierde calor y se enfría. El proceso alcanza un límite cuando el enfriamiento del
aire llega a la temperatura de saturación (humedad relativa de 100%), bajo la
cual el aire no puede más absorber el calor.
El secado con aire puede ocurrir de dos modos:
 ,Al aire libre, por el aprovechamiento de la ventilación y de la
temperatura ambiente, el secado se consigue por la masa de aire
atmosférico que atraviesa la carga de productos húmedos almacenado
en un patio o galpón;

Figura 1 - Secado natural al aire.
17

23. 18
 En ambiente cerrado con temperatura controlada mediante
alimentación de aire precalentado. La energía térmica de secado
suministrada por el aire considera la suma de la energía de
transformación del vapor en agua con una cantidad adicional para
transportar el vapor generado, sin considerar las pérdidas de energía
térmica inherentes al equipamiento: fugas de aire caliente y calor
acumulado en el aire caliente y acarreado hacia fuera del secador.
Figura 2 - Secado natural en invernadero



Secado natural
Se realiza cuando las piezas cerámicas son expuestas a temperatura
ambiente por medio del movimiento natural del aire. El tiempo de secado es
muy variable, dependiendo de las condiciones climáticas. El secado natural
también presenta como factores limitantes la excesiva manipulación de las
piezas y la ocupación de grandes áreas para la colocación de las piezas.
Pese a esto, permanece aún como la forma de secado más utilizada en la
industria cerámica nacional.

El secado natural es considerado muy largo e ineficaz, considerando
las incertidumbres en lo relativo a las variaciones climáticas, como falta de
viento, luminosidad e insolación adecuados. Por ejemplo, se debe evitar
locales fríos y poco iluminados. El secado natural puede llevarse a cabo no
sólo en patios o terrenos, sino en ambientes cubiertos con tejas o, mejor aún,
con plástico transparente (más eficaz y barato) y de baja altura. Esta
estructura dejará pasar más calor y luminosidad y tornará el secado más
eficiente.

24. ALGUN O S procedimientOS pueden mejorar el DESEMPEÑO del SECado natural:

 Evitar la ventilación inicial con la colocación en las primeras horas de
cortinas laterales. La excesiva ventilación inicial puede acarrear un
atraso en el proceso de secado, pues la ventilación inmediata puede
cerrar pasajes superficiales, dificultando la salida del agua de la pieza;
 Las coberturas de plástico en galpones deben tener una altura por
debajo de los tres metros;
 Aumentar las rendijas de paso de aire entre las piezas;
 Evitar la formación de maleza y charcos de agua en los surcos de
secado, en el caso de secado en patio;
 Después de montar la carga, cubrirla para que se evite la ventilación
inicial, en el caso de secado en patio;
 Dejar la cobertura, de preferencia de estructura de tubos de acero
con cubierta en plástico (más barato que el costo de invernaderos
con tejas y paredes de albañilería, que muchas veces exigen la
operación de ventiladores), por un mínimo de cuatro horas,
después de lo cual será retirada. Eso permitirá mayor eficiencia de
secado;
 En el caso que ya existan galpones de albañilería, substituir al menos
parte de sus tejas convencionales por tejas translúcidas;
 Orientar los agujeros de los bloques en la dirección del viento;
 Evitar la colocación de piezas húmedas al lado de piezas más secas,
así como piezas apiladas muy próximas de la cobertura, evitándose
excesos de incidencia de calor, lo que puede provocar grietas;
 Piezas macizas o de gran porte deberán ser mantenidas cubiertas
por más tiempo;
 Aprovechar, dentro de lo posible, el calor perdido en las paredes de los
hornos para un pre secado de piezas, evitándose los calentamientos
bruscos que provocan grietas y rajaduras.
19

25. Secado artificial:
Este tipo de solución puede involucrar el secado estático (en cámaras), el
secado semi-continuo o el secado continuo, según el tipo de equipamiento
de secado empleado. Los tres procesos son empleados en las industrias
del ladrillo.

El secador está constituido por un ambiente cerrado con capacidad
variable, que puede ser ajustado según la carga a procesar. Funciona con
temperaturas que pueden llegar a 200°C, pero que, en general, están en el
rango usual de 60 a 90°C, utilizando el aire calentado por una fuente propia
de generación de calor (cámara de combustión) o calor proveniente del
enfriamiento de los hornos.

Aunque tengan características técnicas y operativas diversas, presentan
buenos valores de eficiencia operativa y energética (térmica y eléctrica).
Pueden citarse como criterios de elección de los tipos referidos: la
velocidad necesaria para los ventiladores, la cantidad de ventiladores, la
demanda de aire caliente del proceso, el tipo de arcilla procesada, tipos de
producto (densidad y geometría), escala de producción, posibilidades de
almacenamiento de producto húmedo y producto seco, tipo de ventiladores
(fijos o móviles), velocidad de secado (rápida o lenta).

En los secadores estáticos se dan variaciones de temperatura y humedad
sobre el material detenido. En los continuos, tales variaciones se estabilizan
en el espacio e influyen en el material durante su movimiento, sin embargo,
son equipamientos más caros y sofisticados. Otra característica de los
secadores está asociada con el tipo de circuito que los alimenta: circuito
abierto –el aire se renueva continuamente por un tiro natural (chimenea) o
forzado (extractores); circuito cerrado –el aire pasa más veces sobre el
material con tiro forzado.

La elección entre los tipos de secadores depende del grado de
productividad de la industria. Frente a una carga importante de alimentación
de piezas, se recurre a los secadores continuos, en vez de los
intermitentes, considerándose una reducción notable en los tiempos
muertos y la adopción de ciclos altamente mecanizados. Los secadores
continuos rápidos son de reciente introducción en el mercado, creados por
las exigencias de las industrias de mono-quema en la cerámica blanca. El
ciclo de secado es reducido, menor de una hora. En estos tipos de
secadores, las piezas son tratadas de forma individual, creándose una
situación de equilibrio y homogeneidad en el proceso. El secado rápido
20

26. tiene los mismos conceptos de los secadores túnel con una mayor rapidez
del proceso que permite un tratamiento en condiciones óptimas para cada
pieza procesada.

27. Figura 3 - Secado forzado




ConSejoS para un Secado eficiente:
¾ Mantener las puertas siempre cerradas, evitando disturbios en
la circulación del aire, alterando la curva de secado;
¾ Mantener la humedad relativa del aire en la entrada del secador
(zona húmeda) en 85% de humedad relativa y temperatura
alrededor de 45°C;
¾ Mantener un orden para el retiro de las vagonetas, bajo pena de
interferir en la curva de secado, pudiendo causar grietas o
deficiencia de secado;
¾ Controlar el retiro de aire húmedo por el extractor o chimenea,
recordando que la humedad inicial es responsable por la calidad y
productividad del secado;
¾ A mayor volumen de aire suministrado por los ventiladores, mayor
productividad de secado;
¾ A falta de humedad inicial, usar aspersores o tambores con agua
en la entrada del secador;
¾ Presencia de goteras de agua en la entrada del secador en
períodos calientes (verano) es una señal de entrada de aire frío en la
zona húmeda;
¾ Mantener la altura de la vagoneta cercana a la altura interna del
secador, evitando espacios entre la vagoneta y el techo.
Vagonetas muy bajas en relación a la altura del secador provocan
un bolsón de aire caliente en el techo. Además de dificultar el
secado provocan grietas.
21

28. L
22
3|Tipología de LOS SECadorES para LADRILLOS
os secadores para ladrillos, según sus características técnicas
generales, se dividen en: estáticos, continuos y semi-continuos. A
continuación, las características de cada tipo de secador:


3.1 - SecadoreS EStáticoS
Son equipamientos de secado de operación intermitente constituidos por
áreas separadas, llamadas celdas o cámaras. Durante el funcionamiento de
las máquinas de operación de producción, las cámaras se llenan una tras
otra de modo proporcional a la producción. En el momento en que se llena,
se cierra cada cámara, iniciándose el proceso de secado en la misma. El
producto procesado permanece detenido, mientras las condiciones
higrométricas internas se van alterando a lo largo del tiempo.

Para cada cámara es posible realizar un proceso específico de secado, de
forma independiente de las otras cámaras, ya que las mismas permiten
regulaciones propias para cada tipo de producto, lo que se considera una
característica ventajosa de este tipo de secador que tampoco necesita
convoyes de vagonetas como en los continuos, reduciendo el costo de
inversión y evitando problemas de mantenimiento. Por otro lado, son
equipamientos que operan en una forma muy ligada a la programación de
producción de las máquinas para las operaciones de carga y descarga. Los
ciclos de secado suelen ser de 20 a 60 horas.

El tipo más común de secador intermitente es el de cámara. En éste, el aire
caliente movido por el ventilador es conducido hacia la cámara de secado a
través de canales que desembocan en la parte anterior de la misma. El aire
caliente entra por debajo y sale por las aberturas correspondientes, también
situadas en la parte baja de la cámara, posicionadas en la parte opuesta de
las de entrada. Como el número de cámaras es variable, esta cantidad
influye en el costo operativo y de mantenimiento, considerando que cada
cámara cuenta con sus instrumentos de regulación y accesorios (puertas,
chimeneas, rótulas, etc.).

En cuanto al tipo de recirculación, los secadores estáticos pueden ser con
ventilación fija o ventilación móvil con hélices en eje horizontal o en eje
vertical. Y en cuanto a la fuente de calor, pueden ser con fuente interna o
externa.

29. El movimiento de la corriente de aire ocurre siguiendo un criterio racional,
adecuándose a las diversas condiciones fisicas en las cuales se encuentra
el aire durante el secado. En la entrada de cada cámara, el aire tiene una
temperatura superior a la del ambiente, que se eleva y atraviesa los
estantes colocados en la primera mitad de la cámara en un sentido vertical,
de abajo hacia arriba. Por la acción secante ejercida por la masa cerámica,
sucede un enriquecimiento de humedad y un consecuente enfriamiento. Por
eso, la masa gaseosa producida tiende a descender. La abertura de descarga
dispuesta sobre la solera favorece el tránsito natural de la corriente gaseosa
(corriente contraria) y evita cualquier paralización del aire en la cámara. Si la
abertura de descarga se encuentra en la parte alta del secador, toda la carga
que estuviere debajo de la abertura del flujo del fluido permanecerá en una
zona muerta, donde buena parte del aire se satura, con la consecuente
condensación de vapor de agua.

Las cámaras de secado presentan la ventaja de ajustarse a las regulaciones
de temperatura y del estado higrométrico de una forma bastante precisa,
pudiendo introducir aire frío en el circuito. Sin embargo, no evitan graves
inconvenientes debido a la falta de uniformidad de las condiciones de
secado en la cámara. De hecho, las piezas situadas en las proximidades de
la abertura de la entrada de aire reciben una acción secante, que es más
acentuada con respecto a aquellas piezas colocadas en la parte opuesta de
la cámara, próximas al flujo de aire húmedo.

Algunos tipos de errores cometidos en ese tipo de secador son: la inyección de
aire frío al comienzo de la operación es muy común, lo que no es
aconsejable. El frío cierra la superficie de la pieza, provocando la
aproximación del grano arcilloso, retardando el proceso de secado. Al inicio
del secado, se debe adicionar aire caliente, dejando la atmósfera rica en
humedad y calor, lo que provoca la apertura de pasajes micro- capilares al
interior de la pieza, facilitando la salida de agua, permitiendo una mayor
velocidad de secado.

La introducción de ventilación en ese tipo de secador debe darse después
de la preparación de la pieza a través del aire caliente. No existe un tiempo
predeterminado, ya que cada pieza tiene un tamaño y una geometría y, por
lo tanto, una dificultad específica para la eliminación del agua interna. Se
debe usar un buen criterio para analizar todo tipo de pieza, manteniéndose
abierta sólo la puerta de entrada. La ausencia de puertas perjudica el
proceso de secado. La entrada de ventilación por la puerta es perjudicial
para el proceso de secado, ya que el aire caliente se dispersa yendo hacia
el techo de la cámara, haciendo el secado más lento y deficiente. En cuanto
al consumo de electricidad, no hay muchas diferencias en relación al
23

30. consumo en secadores continuos, mostrado en detalle más adelante.

31. 24


Figura 4 - Secadores estáticos Fuente: h1p://tinyurl.com/jp9yn5y // h1p://tinyurl.com/jp9yn5y (2015).


3.2 -SecadoreS COntinuoS
El secador continuo o tipo túnel asegura, gracias al movimiento de las piezas
(en vagonetas o esteras) y en contracorriente a la masa de aire caliente, un
secado completo y uniforme. Son equipos de tecnología tradicional, también
denominados secadores longitudinales, formados por galerías recorridas en
toda su extensión por rieles desplazándose lentamente de un extremo al
otro. la masa de aire caliente que absorbe la humedad evaporada en el
secado se mueve en sentido opuesto, transportándola por la acción de
ventiladores hasta aproximarlo al extremo de la entrada de las vagonetas. En
los últimos años, los secadores continuos transversales vienen encontrando
un creciente espacio en el mercado, éstos establecen flujos verticales de aire
caliente en sentido descendente, mayormente usados para la producción de
piezas más específicas, como las de paredes finas o geometrías más
complejas. Para bloques perforados y transportados en vagonetas se usan, en
general, los secadores de tipo longitudinal con ventiladores de mezcla
exteriores y extractores para una buena ventilación en el centro de la carga.

En términos generales, un secador túnel continuo puede ser longitudinal o
transversal, con vagonetas o estera, con o sin ventilación interna de mezcla de
aire, siendo la misma continua o alternada, dependiendo todo del tipo
predominante de producto fabricado.

Al empezar el proceso de secado, el material se encuentra inicialmente
húmedo cuando se encuentra con el aire caliente. A medida que las
vagonetas avanzan, el material de las piezas se hace más caliente y seco y,
en consecuencia, en condición de

32. recibir cantidades mayores de calor. Las vagonetas avanzan en
intervalos determinados. Siempre que entra una vagoneta, ocurre la salida de
otra. Además de las ventajas obtenidas de la aplicación de un ciclo de trabajo
continuo, se evita manipular demasiado las piezas, como ocurre en los
secadores intermitentes. El ritmo de operación es continuo y regular, día y
noche, involucrando, en ciertos casos, la operación en los fines de semana.
Por otro lado, aunque continuos en el tiempo, los ritmos de introducción y
extracción de las piezas pueden ser diferenciados y corresponder al ritmo
de producción de cada turno de trabajo y a los períodos de reposo de la
producción (madrugada y fin de semana).

Los secadores continuos se caracterizan por una distribución fija en el tiempo
y en el espacio, tanto de las condiciones termo-higrométricas como del propio
producto en su recorrido entre la entrada y la salida (en general, de 50 a 100
metros en 15 a 50 horas), lo que puede encontrar variaciones graduales en
las condiciones de secado, por ejemplo, considerando variaciones en la
humedad de la carga o de las condiciones atmosféricas. A pesar de no
operar en contracorriente, se encuadran también en esa categoría los
secadores rápidos, con tiempos de secado de 1 a 5 horas, tiempo menor que
un turno de trabajo.

La longitud del túnel debe adecuarse al diagrama de secado específico para
cada tipo de producto. Las mejores condiciones se darán si en cada punto
del túnel la temperatura y el estado higrométrico correspondiesen a aquel
representado en el diagrama previsto para el secado; sin embargo, las
frecuentes maniobras de las puertas para el ingreso y salida de vagonetas
hace que los valores de las características fisicas de la atmósfera interna del
secador sufran cambios que pueden desestabilizar el proceso de secado.

Además de eso, el sistema de contracorriente provoca la salida del aire casi
saturado en el punto de ingreso de la carga. Las condensaciones del vapor de
agua son inevitables, causadas por la condición higrométrica del aire debido
a la humedad absorbida del producto que entra. La entrada del secador
debe tener una humedad del orden de 85%. Este ambiente saturado acelera
el proceso de la retirada de agua del producto. Para que se haga un secado
rápido y eficiente, es necesario bajar la viscosidad del agua contenida en el
producto. Cuanto más eficiente sea ésta retirada, mayor será la velocidad de
secado.

El ciclo de secado o tiempo de efectiva permanencia del producto en el
interior del secador, desde el comienzo de la evaporación hasta el secado
final, debe considerar un
25

33. Figura 5 - Secadores Continuos Fuente: h1p://tinyurl.com/glk9hze (2005).
26
margen de seguridad en términos de previsión de producción que considere
el descarte de piezas (roturas, deformaciones, falta de uniformidad etc.), lo
que dependerá de la materia prima y sus condiciones fisico-químicas, de la
geometría de la pieza (espesor de tabiques y cantidad de perforaciones),
soportes y alejamiento de las piezas, longitud del recorrido del aire de
ventilación, eficacia de las máquinas de ventilación etc. Todas esas
condiciones también interferirán en la velocidad de secado.

Así, para productos leves y materia prima delgada, puede ocurrir un ciclo de
secado de 10 a 20 horas, mientras que, en un mismo secador, para procesar
productos espesos de materia prima gruesa puede llevar de 40 a 50 horas.
Con estos datos se define la capacidad del secador, considerando que el
número de carritos contenidos en el mismo es igual al número de carritos
producidos por hora, multiplicado por el número de horas del ciclo. El secador
continuo presupone la existencia en la empresa de un depósito (productos
secos) cuja capacidad depende del número máximo de carritos en convoy
(productos verdes). La suma de los carritos contenidos dentro del secador y
en el depósito (verdes + secos) constituye un parámetro importante en la
evaluación del costo de los carritos y de la superficie necesaria de producción.
Hay que resaltar que los productos secos deben mantenerse en un lugar
distinto al de los productos verdes para evitar la reabsorción de humedad.


Un secador tipo túnel posee tres zonas distintas de operación:

Zona húmeda
Localizada en la entrada del secador, donde la humedad debe permanecer en
un 85%, con una temperatura alrededor de 45°C. En esta zona, el producto
es preparado para
recibir el secado. Se crean caminos micro-capilares al interior de la pieza por
donde el agua migrará hacia la superficie. Cuanto más eficiente es la
formación de estos pasajes, más rápido será el secado.

34. Zona neutra
Localizada generalmente al medio del secador, cuando está bien regulado.
En este período la pieza cerámica sufre una pequeña retracción hasta la
entrada de la zona seca. Generalmente, la temperatura permanece
alrededor de 50°C.
Zona SECa
Localizada entre el medio y el final del secador, donde el porcentaje de
humedad cae de modo drástico hasta 2%. Es común encontrar secadores
con temperatura final alrededor de 70°C, donde falta energía térmica para
secar el producto plenamente. En esta zona la temperatura debe quedar
alrededor de 100°C para que el proceso se dé por completo. Aun con esa
temperatura, permanecen en el interior de la pieza cerámica unidades
residuales del orden del 4%, que solamente saldrán en la fase de quema.
El aire caliente de alimentación es introducido en mayor cantidad en la zona
más seca y caliente del secador, donde conserva altas diferencias
psicrométricas de las mezclas; la parte reminiscente se inyecta en diversos
puntos distanciados regularmente en sentido longitudinal, para distribuirse
en zonas con mayor humedad y más elevados poderes secantes locales. El
aire de extracción es retirado por el extremo donde ingresan los productos y
forma un flujo longitudinal al secador en dirección de las velocidades
perpendiculares a aquellas de la recirculación, alcanzando componentes de
las velocidades que son oblicuas a la disposición de los agujeros de los
productos procesados. Si estos aspectos se vuelven importantes (secciones
transversales estrechas y bajas temperaturas del aire de alimentación) y
requieren de cantidades elevadas de aire, entonces las acciones fluido-
dinámicas y térmicas se desarrollan en forma predominante en la periferia de
los productos, y en menor medida al interior de los agujeros como es el caso
de los productos con un elevado porcentaje de espacios vacíos. En ese
sentido, son preferibles las unidades móviles de ventilación que aprovechan
fuertes velocidades de salida durante su translación, dirigiéndolas hacia las
zonas parciales y sucesivas de los productos con una frecuencia rítmica.
Respecto al tipo de ventiladores empleados, entre los secadores continuos
predominan los del tipo helicoidal, pero con diferentes arreglos, según los
modelos fabricados, predominando los siguientes tipos: ventiladores
individuales fijos, ventiladores auto-desplazantes con hélices en eje
horizontal y unidad móvil de ventilación con eje vertical.
VentiladorES INDIVIDUALES fiJOS
Son equipos en serie instalados en una batería y que también pueden
emplearse en secadores estáticos. La producción en volumen por hora
depende del diámetro y de la
27

35. 28
velocidad de rotación. Los volúmenes de recirculación por unidad varían de
7 000 a 25 000 m³, estableciendo un flujo y velocidad fijos que pueden
generar poca uniformidad de ventilación, lo cual debe ser corregido con el tipo
de ordenamiento de la carga y la colocación de deflectores para redirigir la
corriente, lo que tiende a causar pérdidas de carga debido a la presencia de
muchos deflectores.
La introducción de aire caliente se efectúa al lado de los ventiladores y se vuelve más
eficaz si se distribuye en la periferia para obtener una buena mezcla, lo que
puede facilitarse con el posicionamiento fijo de los ventiladores.
VentiladorES autO-DESPLAZABLES Con HÉLIC E S en eje horizontal
En este arreglo, los ventiladores móviles están dispuestos a lo largo del
corredor central en las líneas de depósito de material, desplazándose de
forma automática en los dos sentidos dentro de su espacio de operación en
un determinado trecho longitudinal. La velocidad promedio de salida del aire
de las hélices varía, en general, de 10 a 11 m/s para hélices de pequeño
diámetro y alta rotación y de 5 a 6 m/s para diámetros similares a la altura
interna del secador. La eficacia de la ventilación se asegura con el ritmo de
los equipos, con altos impactos de corriente durante un breve período en el
que la unidad se encuentra frente a la zona, con movimientos más lentos y
desordenados en la misma zona en la fase siguiente. Los principales modelos
de este tipo de sistema de ventilación son dos:
¾ Unidades constituidas por una sola gran hélice estableciendo flujos de
150 000 a 350 000 m³/h, según el diámetro; en cada final de recorrido
las hélices invierten su movimiento de translación y sentido de rotación;
¾ Unidades constituidas por varias hélices superpuestas con volúmenes totales
por encima de 30 000 m³/h, según el número de hélices y su diámetro.
Además del movimiento de translación alternado, este tipo de arreglo u
ordenamiento también gira en torno de su eje vertical.

En los secadores dotados de unidades auto-desplazables, el aire caliente
es alimentado desde lo alto a través de salidas regulables, dispuestas a lo
largo del corredor central y siempre abiertas. La mezcla depende de la
capacidad de aspiración de las unidades y de la posibilidad de generación de
turbulencia de las fuentes de aire que salen de las bocas de alimentación.
Para mejorar la mezcla, se puede reducir la temperatura del aire de
alimentación, introduciéndose mayores volúmenes, aunque con el riesgo de
crear turbulencias dañinas al sistema de intercambio de calor y masa. Para la
uniformidad de acción de la alta velocidad sobre los diversos planos
horizontales es necesario garantizar que la cantidad de aire varíe poco a lo
largo de la altura interna del secador.

36. UNIDADES MÓVILES de ventilación con eje vertical
Están constituidas por una o más hélices posicionadas en la parte alta de la
unidad, girando el eje vertical y con un sentido del flujo de arriba hacia abajo.
La corriente de aire producida fluye por un tubo vertical y sale lateralmente por
una o más hendiduras sobre las paredes en toda la altura del depósito de
productos, a una fuerte velocidad (10 a 12 m/s). Los principales modelos son:
unidades fijas con tubo giratorio, unidades móviles que giran y unidades
móviles no giratorias. La introducción de aire caliente ocurre desde lo alto a
través de boquillas regulables. Para un mismo volumen de circulación, estas
unidades presentan un mayor consumo de energía eléctrica en relación a las
unidades con hélices libres.
Control de la humedad en secadores continuos: el uso de termohigrómetro
en este tipo de secador es obligatorio. Cuanto más controladas estén las
zonas, mayor será la eficiencia de secado. Se debe evitar la colocación de
los medidores de humedad y temperatura en el techo del secador, porque la
parte más seca y caliente del mismo se localiza justamente en el techo. Los
termohigrómetros deben ser colocados en las paredes laterales a la altura de
la mitad de la vagoneta.
El control de la humedad relativa del aire determina la velocidad y la
eficiencia de secado. En algunos casos, es necesario colocar agua en el
piso del secador para aumentar la humedad.
El canal de extracción de humedad debe tener la misma dimensión del
secador para garantizar el retiro de agua del producto. Es común encontrar
en los secadores diversos tamaños y modelos de productos (densidad)
donde cada uno responde a una velocidad diferente de retiro de agua.
La entrada de aire caliente más indicada es por el techo del secador,
forzando que la humedad baje cuando se aproxime a la extracción. El agua
sólo sale del producto cuando la densidad y la viscosidad del mismo bajan.
En el caso de la producción de ladrillos, se debe evitar usar los secadores
con más de dos líneas. Las vagonetas al lado de las paredes no secan de
forma correcta debido al volumen de masa existente al frente. En este caso, lo
más indicado es el de dos vías. En el caso de tejas, se permiten las cuatro vías
debido al bajo volumen de masa.
Otro factor importante en el secado es la velocidad de los ventiladores.
Cuanto mayor sea el volumen de aire generado por éstos, mayor será la
velocidad de secado. El sistema de ventilación varía de acuerdo con el
proyecto. Existen innumerables tipos de ventilación con diferentes grados de
eficiencia. A continuación, algunos ejemplos de ventilación forzada:
29

37. ¾ SIStema fijo (ventiladorES aXIALES fiJADOS en LAS parEDE S) – en desuso
debido a su elevado costo energético, además del bajo rendimiento
volumétrico, centraliza la ventilación en un único punto provocando
en muchos casos grietas indeseables. Requiere una cantidad
elevada de ventiladores, aumentando el consumo de energía
eléctrica, con una inversión inicial y costo de mantenimiento
(quemado de motores) elevados. Este tipo de ventilación requiere el
doble de ventiladores que el sistema de auto movimiento. Aun así, no
consigue la misma eficacia de los sistemas circulantes.
¾ SIStema de auto movimiento – es el más eficiente por ser económico y
eficaz, aunque algunos fabricantes exageren en la cantidad de
ventiladores. Existen dos tipos: de dos ventiladores y de un
ventilador (“mega-ventilador”), éste último es más económico y
eficiente pues ventila toda la vagoneta con una hélice. De fácil
mantenimiento, posee generalmente una hélice de fibra de vidrio.
Requiere cierto volumen de aire de las hélices, siendo necesario
tomar cuidado con las especificaciones de compra. Usando
ventiladores con hélices de la altura de las vagonetas la ventilación
se hace más homogénea, acelerando el proceso de secado.
Figura 6 - Sistema de secado de auto movimien to Fuente : h1p://tinyurl.com/jbvk4uw (2013).

SiSTEma balancin - es el más eficaz entre los secadores usados en
Brasil, secando las piezas de forma individual. Las piezas son
colocadas en rejillas de tipo bandeja y arrastradas por sistemas de
cadenas que llevan las piezas a cada sector de secado con
temperatura y humedad controladas, manteniendo ciclos de
secado de 6 a 12 horas. Aunque sea un secador eficiente, su costo
de operación es alto para los estándares brasileños. Es un sistema
complejo y de mantenimiento caro, exigiendo buen conocimiento
técnico en secado y mantenimiento.
30

38. ConSumo de energía térmica en SecadorES COntinuOS
Los equipos continuos de secado suelen ser de menor demanda térmica porque:
 La descarga de aire húmedo ocurre siempre a la mínima temperatura
posible y a la máxima humedad relativa posible;
 Considerando que las condiciones higrométricas internas permanecen
fijas en el tiempo y en el espacio, los perfiles de temperatura en el
interior de las paredes del secador continuo tampoco cambian, salvo
en eventuales operaciones de inicio o apagado del equipo.
A continuación, un ejemplo de balance térmico de un secador continuo en
tres condiciones diferentes de operación relativas a la variación de las
condiciones climáticas del aire ambiente (Condición A: 5°C con humedad
relativa (HR) de 100%; Condición B: 10°C y HR de 80% y Condición C: 20°C
con HR de 60%). Características operativas del secador continuo:
 Relación superficie externa / agua evaporada por hora: 1.650 m²/2.800
kg/h = 0,59 m²/kg/h;
 Relación peso de soporte / peso seco: 0,8.
 Humedad evaporada (kg) sobre lo seco (kg): 0,225 kg/kg;
 Descarga del secador: 90% de humedad
Tabla 2 – Datos operativos del secador en tres condiciones climáticas distintas
C ondición clim ática >> C ondición A C ondición B C ondición C
Tem p. deSCarga (
0
C) 32 ,5 - 33 ,7 - 35 ,0 -
C onsum o térm ico - kcal/kg H 2 O
903 - 850 - 765 -

K g. de aire/kg H
2 O
44 - 41 - 42 -

Tem p. m áx. productos (
0
C )
50 - 51 - 52 -

Tem p. m áx. Interna (
0
C )
56 - 57 - 58

Pérdidas en chim enea - kcal/kg H
2 O
296 30 ,0 % 238 25 ,7 % 154 18 ,7 %

E v aporación (kcal/kg H
2 O )

607

61 ,4 %

612

66 ,0 %

611

74 ,1 %

C alor producto-soportes kcal/kg H
2 O
62 6 ,3 b% 56 6 ,0 % 45 5 ,6 %
Pérdidas en paredes - kcal/kg H
2 O
23 2 ,3 % 21 2 ,3 % 15 1 ,8 %
C onsum o global - kcal/kg H
2 O
988 100 ,0
%
927 100 ,0
%
825 100 ,0
%
C onsum o sobre seco - kcal/kg 225 - 206 - 186 -
Fuente: Facincani (2002).
31

39. Función del
SISTEma
Rango de consumo específico de electricidad (kWh/kg de agua)
Recirculación 0,013 a 0,023
Alimentación 0,015 a 0,025
Recuperación 0,004 a 0,006
Extración 0,004 a 0,005
DIVERSOS 0,002 a 0,005
TOTA L 0,038 a 0,064
Los datos de
la
tabla 3 muestran la influencia significativa de las condiciones
atmosféricas en el desempeño térmico de un secador continuo.
Comparando las condiciones A y C, se da una variación de 225 kcal/kg de
producto seco hacia 186 kcal/kg, una diferencia de 21% que se refleja en la
demanda térmica, costo operativo y emisiones.
CONSUMO de energía eléctrica en SECadorES ConTINUOS
El consumo de energía eléctrica en secadores continuos es la suma de los
consumos de los motores eléctricos que funcionan en el equipo, accionando
los sistemas de recuperación del horno y alimentación del secador, la
recirculación interna, la extracción de aire húmedo y el movimiento de los
carritos y regulaciones diversas. La mayor participación en el consumo
eléctrico se debe a las máquinas de recirculación interna y a las de
alimentación, como puede verse en los datos a continuación:
Tabla 3 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de secado
continuo.

Fuente: Facincani (2002).
Con los datos de la tabla anterior, se observa que en promedio el 75% de la
demanda eléctrica en un secador continuo se debe a la alimentación y
circulación de aire caliente.
Considerando una evaporación de 20% sobre el peso seco, el consumo total
variará entre 7,6 y 12,8 kWh/t de producto seco (un promedio de 10,2 kWh/t
seco). Para una industria de ladrillo que produce 1.200 t/mes de material seco,
el consumo eléctrico de un secador continuo, en las mismas condiciones
anteriores, sería de 12.240 kWh/mes.

40. 32

41. Demanda de calor en un SECador continuo

En un secador continuo, la producción por hora en peso de material seco o en
número de carritos permanece igual para un mismo tipo de producto,
mientras el depósito permanece como un pulmón de reserva. La cantidad de
agua evaporada es constante en el tiempo, si se mantiene el porcentaje de
humedad de la masa y el tipo de la materia prima. Así, la cantidad de calor
necesario para la operación tendrá un valor constante.
En términos generales, la demanda de calor del secador dependerá siempre
del tipo de producto – el factor más influyente, del ritmo de procesamiento de
la carga, del porcentaje de agua a ser evaporada respecto al peso seco y del
consumo específico de calor del proceso.
En general, un secador se dimensiona en función del tipo más frecuente de
producto a producirse, basado en la producción diaria y horaria deseada y
en el ciclo mínimo previsto. Luego, se dimensiona la demanda de calor y las
cantidades de aire de alimentación y recirculación.
En el caso de una operación con una carga más leve que la usual, es posible el
aumento del ritmo de introducción de los carritos en el horno, permitiéndose
una reducción en el ciclo de secado, lo que atenuaría la diferencia de
necesidad de calor. En las horas nocturnas y en los fines de semana, el ritmo
es regulado por el número de carritos en el depósito de material seco.
En el caso de una operación con un material más pesado que lo usual, los
ciclos de secado deben ser extendidos, lo que puede tener un límite por el
aumento de la demanda térmica o de ventilación más allá de la capacidad
de la instalación.
En el caso que la operación del secador sea solamente de lunes a viernes,
se da una considerable pérdida del calor de recuperación del horno por falta
de destino, lo que significa perjuicio, siendo una acción que debe ser evitada.
De este modo, es necesario el establecimiento de una programación de
operación del horno y del secador de forma que se evite la ocurrencia referida,
es decir, la reducción de la puesta en marcha o parada del horno en el fin de
semana; o la carga del secador
33

42. 34
3.3 - SecadoreS Semi-continuoS

Se trata de un secador con recirculación interna de aire, similar al continuo en
lo que se refiere a la carga del producto sobre carritos y al recorrido de los
mismos en el túnel, pero que difiere por el hecho de que todos los carritos
producidos en uno o dos turnos de trabajo deben necesariamente ser
introducidos en el túnel sin depósito de reserva. Entonces, el ritmo de avance
de los carritos es igual al de la producción y durante las horas de reposo de
las máquinas; el funcionamiento del secador semi-continuo es similar al del
estático, con la importante diferencia que la descarga del aire se da siempre
en el extremo del ingreso de los carritos.

En términos de funcionamiento, el semi-continuo se aproxima más al
continuo, en la medida que los turnos de producción y el ciclo de secado
sean más largos. En el caso inverso, es mucho más parecido con el estático.

Pertenecen también a esta categoría los secadores a grandes volúmenes de
aire, utilizados en localidades de clima caliente, porque la temperatura del
aire de alimentación puede ser igual o un poco superior a aquella del
ambiente. Estos son diferentes de los semi-continuos tradicionales por la
ventilación en contracorriente y por algunos otros aspectos

43. 3.4 - SecadoreS rápidoS
Como secado rápido, se entiende aquel obtenido en contracorriente con una
duración del ciclo inferior a 5 horas. Secado rápido significa una gran
velocidad de evaporación superficial y formación de elevados gradientes de
humedad y retracción en el espesor del producto. Dependiendo del espesor,
la duración del ciclo puede variar. Con espesores de 5 a 6 mm es posible
secar materias primas plásticas de manera rápida, mientras que con
espesores de 20 mm ni siquiera una materia prima delgada y porosa permitiría
un secado rápido. Otra exigencia del secado rápido es que haya porcentajes
de vacíos en los productos mayores de 50%.
Deben satisfacerse otras dos condiciones para obtener un buen secado rápido:
 Altas velocidades del aire del secador (de 4 a 10 m/s) para obtener
suficiente velocidad al interior de los agujeros, para aumentar de
forma adecuada la vorticidad del aire, permitiendo altos valores del
coeficiente de transmisión de calor y masa, obteniéndose bajos
índices de saturación debido al elevado volumen de aire;
 Distanciamento de las piezas en el sentido del recorrido del aire,
permitiendo conseguir una buena mezcla de los conductos a la salida
de una fila de piezas y una buena repartición de las temperaturas y
humedades.
En un secador rápido bien aprovechado la longitud define el ciclo de
secado, sin embargo, esto no siempre ocurre, sobretodo en regímenes de
producción reducida. La tendencia es extender la superficie de evaporación
para reducir el peligro de roturas, lo cual alerta sobre la necesidad de elevar
la velocidad de evaporación. Con el mantenimiento de las velocidades de los
flujos gaseosos se mantiene fijo el coeficiente de transmisión, mientras las
diferencias psicrométricas se reducen atenuando la temperatura de ingreso.
Con frecuencia, para abarcar la mayor superficie posible, se introduce calor
en los puntos intermedios.

Los secadores rápidos aún no están muy difundidos en el Brasil, pero
presentan buenas perspectivas de aumentar su participación en el mercado
por la posibilidad de procesar de manera eficaz tanto productos planos como
tejas y ladrillos con perforación vertical. Además de esto, presentan una
simplicidad técnica razonable, facilidad de operación con velocidades de aire
regulables en función del producto y buena confiabilidad, además de un bajo
costo de operación (automatismo simple con solo un motor de
accionamiento). mantenimiento (ausencia de motores eléctricos en la parte
interna) y capacidades de producción usualmente en el rango de 250 a
1000t/día.
35

44. 36
TipoS de SecadoreS rápidoS:
3.4.1 - SecadoreS a rodilloS
Están formados por una única galería de un nivel, en la cual los productos
avanzan por la rotación de sucesivos rodillos distribuidos en grupos de
motorización separada, rodando de forma continua desde la entrada hasta la
salida de la galería. El producto se deposita en grupos de piezas sobre los
rodillos en la entrada y son retomados sobre ella a la salida. La longitud
efectiva de secado es por lo general de 100 metros y el ancho varía con la
capacidad productiva. Las capacidades de producción son del orden de 7 la
10t/h para un ancho del orden de 4 metros. Los anchos máximos están
limitados por el volumen de ingreso y por la flexión de los rodillos, debido a
las distancias de apoyo.
Los ciclos de secado son del orden de 1 hora y la temperatura en el ingreso es
superior a 160°C; la de descarga medida antes de la mezcla con el aire
aspirado al lado de la puerta de ingreso alcanza de 60 a 70°C. Diferencias
psicrométricas así de elevadas se deben a una superficie restringida para el
intercambio de calor entre el aire y el producto. Debido a las altas
velocidades de flujo (cerca de 10 mm/s), las pérdidas de carga en el secador
son del orden de 100 a 120 mmCA. Las cantidades de aire empleadas
varían, en general, entre 27 y 33 kg/kg de agua evaporada. Para la
aspiración se identifican cantidades mayores (20 a 35%) debidas al aire
parásito o al aire procedente de la abertura para la salida del producto,
mantenida en depresión.

3.4.2 - SecadoreS de balanza
Son construidos con varias galerías paralelas y superpuestas, por las cuales
las balanzas al final de cada galería giran alrededor de las ruedas dentadas de
reenvío para entrar en la galería siguiente. El aire hace un recorrido inverso.
Para no interferir entre ellas durante la rotación, las balanzas deben estar
distanciadas a intervalos. Los ciclos con secadores de balanzas pueden
variar de 2,5 a 5,0 horas. Las temperaturas a la entrada permanecen entre
100 y 120°C y a la salida entre 35 y 40°C, con velocidades del aire en el
rango usual de 5 a 8 m/s.

Los ciclos más largos permiten un mejor desempeño térmico por incorporar la
pérdida de calor con menos impacto en la estructura. Las cantidades de aire
empleadas varían, en general, entre 25 y 28 kg de aire/kg de agua evaporada.
Las pérdidas de carga varían entre 0,4 y 0,5 mm de columna de agua
(mmCA) por balanza, con velocidad de 5 a 6 m/s y hasta 0,9 a 1,0 mmCA
por balanza para velocidades entre 8 y 9 m/s. Las cantidades de aire en la
descarga, con relación a aquellas introducidas, son mayores en un 15 a 20%.

45. 3.4.3 - Secador tipo TaliSCA o eSTEra
Originario de Europa en los años 50, llegó a Brasil hace apenas pocos años.
El primer secador de este tipo en el país fue construido en Flores (CE), en la
región de Russas. Algunos ladrilleros lo eligieron para la producción de
ladrillos huecos, tejas extrudidas, piezas de pandereta y otros prensados,
pudiendo operar con fuente de calor propia (cámara de combustión) o por
recuperación de calor del horno. Funciona como un túnel, donde se colocan
las piezas que serán secadas en un plano único y transportadas a través de
esteras en contracorriente en relación al flujo de aire caliente insuflado a
partir de la salida del secador.

Este tipo de secador cuenta en su parte superior (techo) con tubos de
distribución del calor por toda el área de secado donde, a través de registros,
se hacen las regulaciones de volumen de aire caliente y, por lo tanto, de la
cantidad de calor a lo largo de la longitud del equipamiento, buscando
cumplir el perfil de secado exigido, ajuste que puede refinarse con la
regulación de los alerones externos que ayudan a dirigir mejor el calor hacia
las piezas. Presenta un secado rápido, elimina el uso de vagonetas y del
automatismo de carga y descarga, reduce la mano de obra, presentando un
bajo mantenimiento y bajo consumo de energía térmica, operando con
temperaturas de trabajo en el extractor de 160 a 220°C y presiones internas de
10 a 17 mmCA.

En cuanto a sus dimensiones principales, presenta longitudes de hasta 120
m, anchos de 4 a 6 m y altura de 0,4 m, entre la estera y el techo. La
capacidad de producción puede variar de 10 a 20 t/h dependiendo de la
calidad de la arcilla, humedad de entrada (1 a 4 %), humedad de salida (20 a
24%) y de la longitud del secador, con ciclos de 45 minutos (tejas extrudidas
leves) a 3 horas (ladrillos pandereta), según datos de algunos fabricantes
nacionales. Las potencias eléctricas totales involucradas en los secadores
tipo estera suelen variar entre 110 y 140 CV, de acuerdo a la escala de
producción, al tipo de producto y de arcilla. Presenta como inconveniente el
espacio requerido en la planta de producción y demanda de un estudio
riguroso de la arcilla empleada pues se trata de un ciclo rápido de secado,
exigiendo algunos importantes
37

46. 38
ensayos de laboratorio, como la Curva de Bigot.


Figura 7 - Secador tipo talisca Fuente: Amando Oliveira



Figura 8 - Funcionamie nto de un secador tipo Talisca Fuente: Amando Oliveira

47. 3.4.4 - OtroS tipoS de SecadoreS rápidoS
El secador rápido a carritos está bajo el mismo principio del secador de
balanzas, pero aquí los carritos se deslizan sobre rieles y siguen su
recorrido en galerías paralelas situadas en el mismo plano. Secadores con
galerías a dos carritos unidos llegan a una producción de 40 a 45 t/h de
producto seco. Existe también el secador rápido con una galería y varios
planos, donde el transporte del producto se da en marcos con cuatro ruedas,
que ruedan sobre guías laterales y son cargados y descargados por medio de
un ascensor de cadena.

ConSumo de energía térmica en SecadoreS rápidoS
Los consumos térmicos más elevados entre los secadores rápidos ocurren
en los secadores a rodillos debido a la elevada pérdida en la chimenea y a
la acumulación térmica en el material, aun considerando que no haya
pérdida en los soportes. Los consumos específicos de calor quedan
alrededor de 1 200 kcal/kg de agua evaporada, pero hay casos frecuentes
que llegan a 1 600 kcal/kg. Una adecuada recirculación de aire húmedo,
observando la posibilidad de mayores condensaciones sobre el producto
húmedo, podría reducir el consumo.

Por otro lado, el secador a rodillos permite una alimentación directa a gas. Los
menores consumos se obtienen con secadores que operan en ciclos de 3 a
4 horas, con integración de gases muy calientes, siendo bastante frecuentes
consumos específicos entre 900 y 970 kcal/kg de agua evaporada. En los dos
casos referidos, las pérdidas en las paredes son bajas, considerando que la
extensión superficial es pequeña en relación al agua evaporada por hora.

En los secadores rápidos a rodillos los ciclos son de 50 minutos y una hora y, en
ese caso, los tiempos de parada (10 a 20 minutos) pueden ser de importancia
por su influencia en el desempeño y consumo térmico. Con el empleo de
secadores rápidos se hace necesario prever la operación de la producción en
tres turnos durante el día y de parar el horno o reducir el ritmo al mínimo
durante los fines de semana.
39

48. 40
ConSumo de energía eléctrica en SecadoreS rápidoS
En ese tipo de secador, las cantidades necesarias de aire para ventilación son
menores que en los equipos tradicionales. Los consumos de energía
eléctrica pueden ser divididos de la siguiente forma:
Tabla 4 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de secado
rápido.
Función del S IS TE MA Rango de consumo específico de electricidad (kWh/kg de agua)

Circulación interna
0,008 a 0,013

Alimentación
0,007 a 0,009

Recuperación
0,004 a 0,006

Extracción
0,004 a 0,005

Diversos
0,002 a 0,003

TOTAL
0,025 a 0,036
Fuente: Facincani (2002).
De la misma forma que en el caso de los secadores continuos analizados
anteriormente, el consumo de energía eléctrica en los secadores rápidos se
concentra en la alimentación y circulación de aire caliente, en este caso, en
cerca de 2/3.

Considerando una evaporación de 20% sobre el peso seco, el consumo
total variará entre 5,0 y 7,2 kWh/t de producto seco (promedio de 6,1 kWh/t
seco). Para una industria de ladrillo que produce 1 200 t/mes de material
seco, el consumo eléctrico de un secador continuo, en las mismas
condiciones anteriores, sería de 7 320 kWh/mes.

49. 3.5 - SecadoreS a grandeS VolúmeneS de aire
La idea del aprovechamiento de la energía natural se basa en el concepto de
los secadores a grandes volúmenes de aire, considerando que, si el aire no
está saturado existe la posibilidad de absorber algunos gramos de humedad
por cada kilo de aire, cediéndose una parte modesta del contenido térmico a
la evaporación. El secador, adecuado para productos perforados con
porcentajes de vacíos por encima de 50%, está formado de un túnel con
carritos con carga y descarga semejante al de un secador semi-continuo, con
el aire circulando en contracorriente en relación al producto.
Se necesitan grandes cantidades de aire (250 a 300 kg de aire/kg de agua
evaporada) para suministrar el calor necesario para la evaporación de
grandes masas de humedad de una producción industrial.
Por otro lado, nada impide que este tipo de secador pueda eventualmente
contar con fuentes auxiliares de calor, como la recuperación de gases de
combustión del horno u hogares propios de calentamiento. Algunas
dificultades y desafios tienden a limitar el uso de los secadores a grandes
volúmenes de aire:
 Las condiciones ideales de operación se dan sólo cuando la
temperatura del aire ambiente supera los 35°C;
 Para regiones con climas más fríos, se hace necesario contar con un
túnel de retorno al lado del secador para que el producto pueda
pasar en contracorriente con aire más caliente y llegar al valor ideal
de humedad residual.
Las cuotas de consumo de energía eléctrica en este tipo de equipamiento son
menores en 50% en comparación a las de los tipos de secadores
tradicionales, quedando un poco por encima del consumo específico de
electricidad de los secadores rápidos.
41

50. 42
4|ReferENCIAS bibliográficAS
FACINCANI, E., Tecnologia cerâmica: cerâmica estrutural. 1 ed en portugués
/Traducción Geólogo PEDRASSANI, J., Gruppo Editoriale Faenza Editrice, São
Paulo, 2002.

HENRIQUES JR, M. , SCHWOB, M. , FERREIRA JR, J. , TAPIA, R., Manual de
conservação
de energia na indústria de cerâmica vermelha, Instituto Nacional de Tecnologia,
Río de Janeiro, 1993.

OLIVEIRA, A.A., Tecnologia em cerâmica, Editora Lara, Criciúma, 2013.