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Schweizerische Eidgenossenschaft
Confédération suisse
Cofederazione Svizzera
Confederaziun svizra
Agencia Suiza para el Desarrollo
y la Cooperación COSUDE
Schweizerische Eidgenossenschaft
Confédération suisse
Cofederazione Svizzera
Confederaziun svizra
Agencia Suiza para el Desarrollo
y la Cooperación COSUDE
PROGRAMA DE EFICIENCIAENERGÉTICA EN LADRILLERAS
Rio de Janeiro - BrasilRio de Janeiro - Brasil
Agosto | 2016Agosto | 2016
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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 Energé�ca.
| Ins�tución Ejecutora
Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovaciones y Comunicaciones (MCTIC)Ministro: Gilberto Kassab
Ins�tuto Nacional de Tecnología (INT)Director General: Fernando Cosme Rizzo Assunção
Coordinación de Tecnologías AplicadasCoordinador: Antônio Souto de Siqueira Filho
División de EnergíaJefe: Maurício Francisco Henriques Júnior
| Co-ejecuciónFundación de Ciencia, Aplicaciones y Tecnologías Espaciales (FUNCATE)
Programa de Eficiencia Energé�ca en Ladrilleras de América La�na para Mi�gar el Cambio Climá�co - Programa – EELA en BrasilCoordenador: Joaquim Augusto Pinto Rodrigues
| Cooperación InternacionalAgencia 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)
RESUMEN
1. Intr oducc i ón
Pres entac i ón
2. Teoría de secado de productos cerámicos
3.
3.1
3.4.1
3.4
3.5
3.4.4
3.3
3.4.3
3.2
3.4.2
Tipología de los secadores para ladrillos
Secadores Está�cos
Secadores a rodillos
Secadores Rápidos
Secadores a grandes volúmenes de aire
Otros �pos de secadores rápidos
Secadores Semi-Continuos
Secadores �po Talsica o estera
Secadores Continuos
Secadores de balanza
4. Referencias bibliográficas
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Figura 1 – Secado natural al aire libre ...................................................................
Figura 2 – Secado natural en invernadero ..............................................................
Figura 3 – Secado forzado .....................................................................................
Figura 4 – Secadores está�cos ...............................................................................
Figura 5 – Secadores continuos .............................................................................
Figura 6 – Sistema de secado de auto-movimiento ................................................
Figura 7 – Secador �po Talisca o artesa .................................................................
Figura 8 – Funcionamiento de un secador �po Talisca o artesa..............................
Gráfico 1 – Curva de Bigot .....................................................................................
Gráfico 2 – Diagrama de Sherwood .......................................................................
Lista de tablas
Tabla 1 – Tenores de humedad residual .................................................................
Tabla 2 – Datos opera�vos del secador en tres condiciones climá�cas dis�ntas.......
Tabla 3 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de secado
con�nuo....................................................................................................
Tabla 4 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de secado
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Lista de figuras
Lista de Gráficos
ACRÓNIMOS
ANICER Asociación Nacional de la Industria de Ladrillos
CE Ceará
COSUDE Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación
EELA Eficiencia Energé�ca en Ladrilleras
INT Ins�tuto Nacional de Tecnología
MCTIC Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovaciones y Comunicaciones
SEBRAE Servicio Brasileño de Apoyo a las Micro y Pequeñas Empresas
SFB Servicio Forestal Brasileño
Presentación
E l Programa Eficiencia Energé�ca en Ladrilleras de América La�na para
Mi�gar el Cambio Climá�co (EELA) busca contribuir a la mi�gación del
cambio climá�co a través de la reducción de emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI) en las industrias del ladrillo de América La�na 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: Argen�na, Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador,
México y Perú.
En Brasil, la coordinación del programa está a cargo del Ins�tuto 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 �pos de posibilidades
existentes y prac�cadas por las industrias del sector, indicando sus aplicaciones,
ventajas y limitaciones.
1| Introducción
se en�ende por secado al proceso de transferencia del líquido presente en un
sólido húmedo hacia la fase gaseosa insaturada. En el proceso produc�vo 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 cons�tuyen 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 cons�tuye 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 cues�ones de transferencia de calor y de masa.
Adicionalmente, la operación del proceso demanda el cumplimiento de condiciones
técnicas dis�ntas, 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.
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2| Teoría del secado de productos cerámicos
En el secado usual de un ladrillo o teja, el aire caliente producido en las cámaras de
combus�ón 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 �sicas 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 can�dad de energía para con�nuar con el re�ro de líquido se hace
bastante mayor.En suma, las can�dades 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 rela�va del ladrillo influye en
varios aspectos:
n Tiempo y costo de secado: a medida que los porcentajes de secado �enden a
ser menores, se hacen necesarios �empos 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 opera�vo;
n 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;
9
n Aprovechamiento del calor del �ro 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;
n 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);
n 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, �ende 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
repen�nas salidas de vapor;
Por todas estas razones, no es fácil determinar la humedad residual en su punto
ideal, lo que depende de aspectos como:
n Materia prima y su composición granulométrica;
n Tipo de producto con sus porcentajes de vacío, espesor de tabiques etc.;
n Tipo de secador, considerando su demanda de energía térmica;
n Tipo de horno, considerando su velocidad de transferencia de calor;
n Condiciones higrométricas del ambiente de la fábrica;
Can�dad y �pos de máquinas de movimiento para la producción.n
En líneas generales, los contenidos de humedad residual deben variar de la siguiente
forma:Tabla 1 – Contenidos de humedad residual
Fuente: Facincani (2002).
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
10
Algunas definiciones importantes de magnitudes higrométricas:
n Humedad absoluta de un gas – es la masa de agua (g) en el estado de vapor que con�ene una unidad de volumen de gas (g/m³);
n Humedad de un cuerpo sólido – es la can�dad de agua existente en la unidad de masa del sólido, tratado a 105 °C, expresada en porcentaje;
n Humedad rela�va 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;
n 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 go�tas en suspensión;
n 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;
n Energía de secado – es la can�dad de energía térmica necesaria para transformar el agua presente en un cuerpo sólido para la condición de vapor y re�rarla del mismo.
Materiales arcillosos
Las materias primas usadas en la industria de ladrillo tradicional están cons�tuidas
por silicatos o silicoaluminatos naturales complejos, pudiendo ser, según los
contenidos minerales, clasificados como caolines, arcillas o silicatos. En general,
presentan estructura laminar y plas�cidad 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 re�ro de agua (secado) traerá una diminución volumétrica de la
masa cerámica, acarreando una retracción lineal.
Las moléculas de agua en contacto con las par�culas arcillosas se transforman en
coloides caracterizados por micelas contornadas de agua fuertemente ligada por
fuerza eléctrica, permaneciendo como agua inters�cial 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 inters�cial o “agua libre”, habiendo
mayor dificultad para la eliminación del agua fuertemente ligada a las par�culas
arcillosas.
11
En la prác�ca, como muestran las curvas de Bigot, el comportamiento de las arcillas en
el proceso de secado está relacionado al �empo y la pérdida de masa en etapas
sucesivas, como sigue:
n 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
crí�co, con la pieza cambiando de color por la desaparición de la película de
agua en la superficie.
n Segunda fase –formación de vacíos (poros) mientras que la masa con�núa
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.
n 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
inters�cial. La tasa de evaporación es prác�camente 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 can�dad depende del grado higrométrico existente en el
ambiente. Si el aire circundante está más o menos húmedo, la humedad
residual cambia.
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Fuente. Facincani (2002).
Gráfico 1 – Curva de Bigot
Re�ro de agua en el proceso de secado y la formación de caminos
micro-capilares
El re�ro de agua del ladrillo o teja sólo ocurre cuando la densidad y la viscosidad de la
pieza bajan y las go�tas 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 �ende 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.
Punto crítico
% contracción
13
Este período de secado constante termina cuando el sólido logra el “contenido crí�co
de humedad”, además de lo cual la temperatura de la superficie aumenta y la velocidad
de secado cae rápidamente.
Fuente. Facincani (2002).
Gráfico 2 – Diagrama de Sherwood
El período de caída de la velocidad de secado puede tomar mucho más �empo que el
período de velocidad constante, aunque la remoción de humedad sea mucho
menor. La velocidad de secado �ende 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 �picas 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 ex�ende el líquido interfiere en el
coeficiente de transferencia de calor y masa. El régimen constante se man�ene
mientras la masa que es re�rada de la superficie es sus�tuida en forma con�nua 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 �ende a ser controlado por fuerzas de tensión
superficial y gravedad.
Pe
rdid
a d
e p
es
o
Primera fase Tercera fase Tiempo
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 di�ciles 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 par�r 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 �empo de secado
Una pieza de ladrillo extrudida en húmedo, alcanzada por un flujo de aire a
temperatura y humedad rela�va constante evapora can�dades constantes de agua a
lo largo del �empo 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
crí�ca, 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 crí�ca aumenta, terminando antes el período de evaporación constante de
las capas superficiales.
Alcanzada la humedad crí�ca, el régimen de evaporación con�núa decreciendo y las
can�dades evaporables se reducen en el �empo, 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 estadís�camente uniforme en todo el
espesor. En resumen, durante el primer período de evaporación el agua re�rada
procede en mayores can�dades 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.
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Así, los �empos 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 crí�ca. Si cambian las diferencias de temperatura
entre el ambiente y las piezas, los �empos de secado se hacen inversamente
proporcionales a las respec�vas 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 dis�ntas (Curva
de Bigot):
n 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;
n La segunda fase con contenidos de agua intermedios en que la retracción
decrece de forma rápida;
n 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 crí�ca 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.
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 rela�va, 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 esté�co.
Los inconvenientes derivados de la reabsorción de humedad son:
n 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;
n Desprendimiento de porciones y exfoliaciones en el horno;
n Necesidad de re evaporación del agua absorbida a través del aire caliente de
recuperación o de los gases de escape del horno.
17
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
can�dad de energía térmica adicional, pero en la prác�ca 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 ven�lando 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 rela�va de 100%), bajo la cual el
aire no puede más absorber el calor.
El secado con aire puede ocurrir de dos modos:
n ,Al aire libre, por el aprovechamiento de la ven�lación 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 pa�o o galpón;
Figura 1 - Secado natural al aire.
18
n 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
can�dad 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 �empo de secado es muy variable,
dependiendo de las condiciones climá�cas. 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 u�lizada en la industria cerámica nacional.
El secado natural es considerado muy largo e ineficaz, considerando las
incer�dumbres en lo rela�vo a las variaciones climá�cas, 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 pa�os o terrenos, sino
en ambientes cubiertos con tejas o, mejor aún, con plás�co transparente (más eficaz
y barato) y de baja altura. Esta estructura dejará pasar más calor y luminosidad y
tornará el secado más eficiente.
19
Algunos procedimientos pueden mejorar el desempeño del secado natural:
n Evitar la ven�lación inicial con la colocación en las primeras horas de cor�nas
laterales. La excesiva ven�lación inicial puede acarrear un atraso en el
proceso de secado, pues la ven�lación inmediata puede cerrar pasajes
superficiales, dificultando la salida del agua de la pieza;
n Las coberturas de plás�co en galpones deben tener una altura por debajo de
los tres metros;
n Aumentar las rendijas de paso de aire entre las piezas;
n Evitar la formación de maleza y charcos de agua en los surcos de secado, en el
caso de secado en pa�o;
n Después de montar la carga, cubrirla para que se evite la ven�lación inicial, en
el caso de secado en pa�o;
n Dejar la cobertura, de preferencia de estructura de tubos de acero con
cubierta en plás�co (más barato que el costo de invernaderos con tejas y
paredes de albañilería, que muchas veces exigen la operación de
ven�ladores), por un mínimo de cuatro horas, después de lo cual será
re�rada. Eso permi�rá mayor eficiencia de secado;
n En el caso que ya existan galpones de albañilería, subs�tuir al menos parte de
sus tejas convencionales por tejas translúcidas;
n Orientar los agujeros de los bloques en la dirección del viento;
n 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;
n Piezas macizas o de gran porte deberán ser mantenidas cubiertas por más
�empo;
n 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.
20
Secado ar�ficial:
Este �po de solución puede involucrar el secado está�co (en cámaras), el secado
semi-con�nuo o el secado con�nuo, según el �po de equipamiento de secado
empleado. Los tres procesos son empleados en las industrias del ladrillo.
El secador está cons�tuido 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,
u�lizando el aire calentado por una fuente propia de generación de calor (cámara de
combus�ón) o calor proveniente del enfriamiento de los hornos.
Aunque tengan caracterís�cas técnicas y opera�vas diversas, presentan buenos
valores de eficiencia opera�va y energé�ca (térmica y eléctrica). Pueden citarse
como criterios de elección de los �pos referidos: la velocidad necesaria para los
ven�ladores, la can�dad de ven�ladores, la demanda de aire caliente del proceso, el
�po de arcilla procesada, �pos de producto (densidad y geometría), escala de
producción, posibilidades de almacenamiento de producto húmedo y producto
seco, �po de ven�ladores (fijos o móviles), velocidad de secado (rápida o lenta).
En los secadores está�cos se dan variaciones de temperatura y humedad sobre el
material detenido. En los con�nuos, tales variaciones se estabilizan en el espacio e
influyen en el material durante su movimiento, sin embargo, son equipamientos más
caros y sofis�cados. Otra caracterís�ca de los secadores está asociada con el �po de
circuito que los alimenta: circuito abierto –el aire se renueva con�nuamente por un
�ro natural (chimenea) o forzado (extractores); circuito cerrado –el aire pasa más
veces sobre el material con �ro forzado.
La elección entre los �pos de secadores depende del grado de produc�vidad de la
industria. Frente a una carga importante de alimentación de piezas, se recurre a los
secadores con�nuos, en vez de los intermitentes, considerándose una reducción
notable en los �empos muertos y la adopción de ciclos altamente mecanizados. Los
secadores con�nuos 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 �pos de secadores, las piezas son
tratadas de forma individual, creándose una situación de equilibrio y homogeneidad
en el proceso. El secado rápido �ene los mismos conceptos de los secadores túnel
con una mayor rapidez del proceso que permite un tratamiento en condiciones
óp�mas para cada pieza procesada.
21
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 rela�va del aire en la entrada del secador (zona
húmeda) en 85% de humedad rela�va y temperatura alrededor de 45°C;
¾ Mantener un orden para el re�ro de las vagonetas, bajo pena de interferir
en la curva de secado, pudiendo causar grietas o deficiencia de secado;
¾ Controlar el re�ro de aire húmedo por el extractor o chimenea,
recordando que la humedad inicial es responsable por la calidad y
produc�vidad del secado;
¾ A mayor volumen de aire suministrado por los ven�ladores, mayor
produc�vidad 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.
22
3|Tipología de los secadores para ladrillos
Los secadores para ladrillos, según sus caracterís�cas técnicas generales, se
dividen en: está�cos, con�nuos y semi-con�nuos. A con�nuación, las
caracterís�cas de cada �po de secador:
3.1 - Secadores Está�cos
Son equipamientos de secado de operación intermitente cons�tuidos 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 �empo.
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 �po de producto, lo que se considera una caracterís�ca ventajosa
de este �po de secador que tampoco necesita convoyes de vagonetas como en los
con�nuos, 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 �po más común de secador intermitente es el de cámara. En éste, el aire caliente
movido por el ven�lador 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 can�dad influye en el costo opera�vo y de mantenimiento,
considerando que cada cámara cuenta con sus instrumentos de regulación y
accesorios (puertas, chimeneas, rótulas, etc.).
En cuanto al �po de recirculación, los secadores está�cos pueden ser con ven�lación
fija o ven�lación móvil con hélices en eje horizontal o en eje ver�cal. Y en cuanto a la
fuente de calor, pueden ser con fuente interna o externa.
23
El movimiento de la corriente de aire ocurre siguiendo un criterio racional,
adecuándose a las diversas condiciones �sicas en las cuales se encuentra el aire
durante el secado. En la entrada de cada cámara, el aire �ene una temperatura
superior a la del ambiente, que se eleva y atraviesa los estantes colocados en la
primera mitad de la cámara en un sen�do ver�cal, 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 �ende 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 �pos de errores come�dos en ese �po 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, permi�endo una mayor
velocidad de secado.
La introducción de ven�lación en ese �po de secador debe darse después de la
preparación de la pieza a través del aire caliente. No existe un �empo predeterminado,
ya que cada pieza �ene 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 �po de pieza, manteniéndose abierta sólo la puerta de entrada. La
ausencia de puertas perjudica el proceso de secado. La entrada de ven�lación 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 consumo
en secadores con�nuos, mostrado en detalle más adelante.
24
Figura 4 - Secadores está�cos Fuente: h�p://�nyurl.com/jp9yn5y // h�p://�nyurl.com/jp9yn5y (2015).
3.2 -Secadores continuos
El secador con�nuo o �po 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 sen�do opuesto,
transportándola por la acción de ven�ladores hasta aproximarlo al extremo de la
entrada de las vagonetas. En los úl�mos años, los secadores con�nuos transversales
vienen encontrando un creciente espacio en el mercado, éstos establecen flujos
ver�cales de aire caliente en sen�do 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 �po longitudinal con ven�ladores de mezcla exteriores y extractores
para una buena ven�lación en el centro de la carga.
En términos generales, un secador túnel con�nuo puede ser longitudinal o transversal,
con vagonetas o estera, con o sin ven�lación interna de mezcla de aire, siendo la misma
con�nua o alternada, dependiendo todo del �po 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
25
recibir can�dades 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 con�nuo, se evita manipular
demasiado las piezas, como ocurre en los secadores intermitentes. El ritmo de
operación es con�nuo y regular, día y noche, involucrando, en ciertos casos, la
operación en los fines de semana. Por otro lado, aunque con�nuos en el �empo, 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 con�nuos se caracterizan por una distribución fija en el �empo 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 �empos de secado de 1 a 5 horas, �empo menor
que un turno de trabajo.
La longitud del túnel debe adecuarse al diagrama de secado específico para cada �po
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 caracterís�cas �sicas
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 re�rada 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 re�rada, mayor será la
velocidad de secado.
El ciclo de secado o �empo de efec�va permanencia del producto en el interior del
secador, desde el comienzo de la evaporación hasta el secado final, debe considerar un
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 �sico-químicas, de la geometría de la
pieza (espesor de tabiques y can�dad de perforaciones), soportes y alejamiento de las
piezas, longitud del recorrido del aire de ven�lación, eficacia de las máquinas de
ven�lación 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, mul�plicado por el número
de horas del ciclo. El secador con�nuo 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) cons�tuye 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 dis�nto al de los productos verdes para
evitar la reabsorción de humedad.
Figura 5 - Secadores Con�nuos Fuente: h�p://�nyurl.com/glk9hze (2005).
Un secador �po túnel posee tres zonas dis�ntas de operación:
Zona húmedaLocalizada 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.
27
Zona neutraLocalizada 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 secaLocalizada entre el medio y el final del secador, donde el porcentaje de humedad cae
de modo drás�co 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 can�dad 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
sen�do longitudinal, para distribuirse en zonas con mayor humedad y más elevados
poderes secantes locales. El aire de extracción es re�rado 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 can�dades
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 sen�do, son preferibles las unidades móviles de ven�lación 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 �po de ven�ladores empleados, entre los secadores con�nuos
predominan los del �po helicoidal, pero con diferentes arreglos, según los modelos
fabricados, predominando los siguientes �pos: ven�ladores individuales fijos,
ven�ladores auto-desplazantes con hélices en eje horizontal y unidad móvil de
ven�lación con eje ver�cal.
Ven�ladores individuales fijosSon equipos en serie instalados en una batería y que también pueden emplearse en
secadores está�cos. La producción en volumen por hora depende del diámetro y de la
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 ven�lación, lo cual debe ser corregido con el �po de ordenamiento de
la carga y la colocación de deflectores para redirigir la corriente, lo que �ende a causar
pérdidas de carga debido a la presencia de muchos deflectores.La introducción de aire caliente se efectúa al lado de los ven�ladores 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 ven�ladores.
Ven�ladores auto-desplazables con hélices en eje horizontalEn este arreglo, los ven�ladores móviles están dispuestos a lo largo del corredor
central en las líneas de depósito de material, desplazándose de forma automá�ca en
los dos sen�dos 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 ven�lación 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
�po de sistema de ven�lación son dos:
¾ Unidades cons�tuidas 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 sen�do de rotación;¾ Unidades cons�tuidas 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 �po de arreglo u ordenamiento
también gira en torno de su eje ver�cal.
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 garan�zar que la
can�dad de aire varíe poco a lo largo de la altura interna del secador.
29
Unidades móviles de ven�lación con eje ver�calEstán cons�tuidas por una o más hélices posicionadas en la parte alta de la unidad,
girando el eje ver�cal y con un sen�do del flujo de arriba hacia abajo. La corriente de
aire producida fluye por un tubo ver�cal 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 con�nuos: el uso de termohigrómetro en este
�po 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 rela�va 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
garan�zar el re�ro 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 re�ro 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 ven�ladores. Cuanto mayor
sea el volumen de aire generado por éstos, mayor será la velocidad de secado. El
sistema de ven�lación varía de acuerdo con el proyecto. Existen innumerables �pos de
ven�lación con diferentes grados de eficiencia. A con�nuación, algunos ejemplos de
ven�lación forzada:
30
¾ Sistema fijo (ven�ladores axiales fijados en las paredes) – en desuso debido
a su elevado costo energé�co, además del bajo rendimiento volumétrico,
centraliza la ven�lación en un único punto provocando en muchos casos
grietas indeseables. Requiere una can�dad elevada de ven�ladores,
aumentando el consumo de energía eléctrica, con una inversión inicial y costo
de mantenimiento (quemado de motores) elevados. Este �po de ven�lación
requiere el doble de ven�ladores 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 can�dad de ven�ladores. Existen
dos �pos: de dos ven�ladores y de un ven�lador (“mega-ven�lador”), éste
úl�mo es más económico y eficiente pues ven�la 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 ven�ladores con hélices
de la altura de las vagonetas la ven�lación se hace más homogénea,
acelerando el proceso de secado.
Figura 6 - Sistema de secado de auto movimiento Fuente : h�p://�nyurl.com/jbvk4uw (2013).
n 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 �po 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.
31
Condición clim ática >> Condición A Condición B Condición C
Tem p. descarga (0C) 32,5 - 33,7 - 35,0 -
Consum o térm ico - kcal/kg H 2O 903 - 850 - 765 -
Kg. de aire/kgH 2O 44 - 41 - 42 -
Tem p. m áx. productos (0C) 50 - 51 - 52 -
Tem p. m áx. Interna (0C) 56 - 57 - 58
Pérdidas en chim enea - kcal/kg H 2O 296 30,0% 238 25,7 % 154 18,7 %
Evaporación (kcal/kg H 2O ) 607 61,4 % 612 66,0 % 611 74,1 %
Calor producto-soportes kcal/kg H 2O 62 6,3 b% 56 6,0 % 45 5,6 %
Pérdidas en paredes - kcal/kg H 2O 23 2,3 % 21 2,3 % 15 1,8 %
Consum o global - kcal/kg H 2O 988 100,0 % 927 100,0 % 825 100,0 %
Consum o sobre seco - kcal/kg 225 - 206 - 186 -
Consumo de energía térmica en secadores con�nuos
Los equipos con�nuos de secado suelen ser de menor demanda térmica porque:
n La descarga de aire húmedo ocurre siempre a la mínima temperatura posible y
a la máxima humedad rela�va posible;
n Considerando que las condiciones higrométricas internas permanecen fijas en
el �empo y en el espacio, los perfiles de temperatura en el interior de las
paredes del secador con�nuo tampoco cambian, salvo en eventuales
operaciones de inicio o apagado del equipo.
Tabla 2 – Datos opera�vos del secador en tres condiciones climá�cas dis�ntas
Fuente: Facincani (2002).
A con�nuación, un ejemplo de balance térmico de un secador con�nuo en tres
condiciones diferentes de operación rela�vas a la variación de las condiciones
climá�cas del aire ambiente (Condición A: 5°C con humedad rela�va (HR) de 100%;
Condición B: 10°C y HR de 80% y Condición C: 20°C con HR de 60%). Caracterís�cas
opera�vas del secador con�nuo:
n Relación superficie externa / agua evaporada por hora: 1.650 m²/2.800 kg/h =
0,59 m²/kg/h;
n Relación peso de soporte / peso seco: 0,8.
n Humedad evaporada (kg) sobre lo seco (kg): 0,225 kg/kg;
n Descarga del secador: 90% de humedad
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
TOTAL 0,038 a 0,064
32
Los datos de la muestran la influencia significa�va de las condiciones tabla 3
atmosféricas en el desempeño térmico de un secador con�nuo. 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 opera�vo y
emisiones.
Consumo de energía eléctrica en secadores con�nuosEl consumo de energía eléctrica en secadores con�nuos 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 par�cipación en el consumo eléctrico se debe a las máquinas de recirculación
interna y a las de alimentación, como puede verse en los datos a con�nuación:
Con los datos de la tabla anterior, se observa que en promedio el 75% de la demanda
eléctrica en un secador con�nuo 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 con�nuo, en las mismas condiciones anteriores, sería de 12.240 kWh/mes.
Tabla 3 – Consumo específico de electricidad en cada parte del sistema de secado con�nuo.
Fuente: Facincani (2002).
33
Demanda de calor en un secador con�nuo
En un secador con�nuo, la producción por hora en peso de material seco o en número
de carritos permanece igual para un mismo �po de producto, mientras el depósito
permanece como un pulmón de reserva. La can�dad de agua evaporada es constante
en el �empo, si se man�ene el porcentaje de humedad de la masa y el �po de la materia
prima. Así, la can�dad de calor necesario para la operación tendrá un valor constante.
En términos generales, la demanda de calor del secador dependerá siempre del �po 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 �po 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 can�dades 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, permi�éndose 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 ven�lación 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 des�no, 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
34
3.3 - Secadores semi-continuos
Se trata de un secador con recirculación interna de aire, similar al con�nuo 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-con�nuo es
similar al del está�co, 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-con�nuo se aproxima más al con�nuo, 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 está�co.
Pertenecen también a esta categoría los secadores a grandes volúmenes de aire,
u�lizados 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-con�nuos tradicionales por la ven�lación en contracorriente y
por algunos otros aspectos
35
3.4 - Secadores rápidos
Como secado rápido, se en�ende 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 plás�cas de manera rápida,
mientras que con espesores de 20 mm ni siquiera una materia prima delgada y porosa
permi�ría un secado rápido. Otra exigencia del secado rápido es que haya porcentajes
de vacíos en los productos mayores de 50%.
Deben sa�sfacerse otras dos condiciones para obtener un buen secado rápido:
n 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
vor�cidad del aire, permi�endo altos valores del coeficiente de transmisión de
calor y masa, obteniéndose bajos índices de saturación debido al elevado
volumen de aire;
n Distanciamento de las piezas en el sen�do del recorrido del aire, permi�endo
conseguir una buena mezcla de los conductos a la salida de una fila de piezas y
una buena repar�ción 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 man�ene 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
perspec�vas de aumentar su par�cipación en el mercado por la posibilidad de procesar
de manera eficaz tanto productos planos como tejas y ladrillos con perforación ver�cal.
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 (automa�smo 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.
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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 con�nua 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 efec�va de secado es por lo general de 100 metros y el
ancho varía con la capacidad produc�va. 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 can�dades de aire
empleadas varían, en general, entre 27 y 33 kg/kg de agua evaporada. Para la
aspiración se iden�fican can�dades 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 can�dades 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
can�dades de aire en la descarga, con relación a aquellas introducidas, son mayores en
un 15 a 20%.
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3.4.3 - Secador �po Talisca o estera
Originario de Europa en los años 50, llegó a Brasil hace apenas pocos años. El primer
secador de este �po 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 combus�ón) 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
par�r de la salida del secador.
Este �po 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 can�dad 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
automa�smo 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 �po estera suelen variar entre 110 y 140 CV, de acuerdo a la escala de
producción, al �po 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
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ensayos de laboratorio, como la Curva de Bigot.
Figura 7 - Secador �po talisca Fuente: Amando Oliveira
Fuente: Amando OliveiraFigura 8 - Funcionamiento de un secador �po Talisca
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3.4.4 - Otros �pos 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 ob�enen 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 �empos 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.
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Consumo de energía eléctrica en secadores rápidos
En ese �po de secador, las can�dades necesarias de aire para ven�lación 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.
Fuente: Facincani (2002).
De la misma forma que en el caso de los secadores con�nuos 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 con�nuo, en las mismas condiciones anteriores, sería de 7 320
kWh/mes.
Función del sistema 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
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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-con�nuo, con el aire circulando en contracorriente en relación al producto.
Se necesitan grandes can�dades 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 �po de secador pueda eventualmente contar con
fuentes auxiliares de calor, como la recuperación de gases de combus�ón del horno u
hogares propios de calentamiento. Algunas dificultades y desa�os �enden a limitar el
uso de los secadores a grandes volúmenes de aire:
n Las condiciones ideales de operación se dan sólo cuando la temperatura del
aire ambiente supera los 35°C;
n 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 �po de equipamiento son menores
en 50% en comparación a las de los �pos de secadores tradicionales, quedando un
poco por encima del consumo específico de electricidad de los secadores rápidos.
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, Ins�tuto Nacional de Tecnologia, Río de Janeiro, 1993.
OLIVEIRA, A.A., Tecnologia em cerâmica, Editora Lara, Criciúma, 2013.
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