In un processo di essiccazione — alimenti, farmaci, ceramica, legname o biancheria — la velocità di essiccazione cambia nel tempo ed è limitata da due meccanismi diversi.
Il periodo a velocità costante
All'inizio la superficie del prodotto è bagnata. L'evaporazione avviene in superficie e la sua velocità è fissata da quanto rapidamente l'aria asporta l'umidità. Il lato limitante è quello esterno: velocità dell'aria, temperatura e umidità relativa.
In questo periodo aumentare la portata d'aria o alzare la temperatura aiuta direttamente. La temperatura superficiale resta vicina alla temperatura di bulbo umido dell'aria grazie al raffreddamento evaporativo — un cuscinetto naturale che protegge il prodotto.
Il periodo a velocità decrescente
Man mano che la superficie si asciuga, il fronte di evaporazione arretra dentro il prodotto. L'umidità deve ora raggiungere la superficie e la velocità è fissata dalla diffusione interna.
In questo periodo i miglioramenti sul lato aria non hanno quasi effetto. Fornire più portata consuma solo energia. Peggio: poiché la superficie non è più raffreddata dall'evaporazione, la temperatura del prodotto sale rapidamente — bruciature, cricche e perdita di qualità avvengono proprio in questo periodo.
La conseguenza progettuale
Un buon essiccatore fornisce condizioni diverse per i due periodi: alta portata e alta temperatura all'inizio, poi una riduzione a gradini. Un essiccatore a condizioni costanti o attraversa lentamente il primo periodo o danneggia il prodotto nel secondo.
Modellazione
L'evaporazione è una sorgente di massa e di energia. Il vapore che lascia la superficie alza l'umidità dell'aria e il calore latente raffredda la superficie; i due vanno risolti insieme. Per l'evaporazione da gocce o da superfici porose si usano le relazioni classiche di trasferimento di massa [1].
La distribuzione è critica. Se ogni pezzo di un lotto deve essiccare allo stesso modo, ciò che conta non è la portata totale ma come quella portata si ripartisce fra i vassoi — un classico problema di distribuzione.
Il lato prodotto si modella a parte. La diffusione interna appartiene al modello del prodotto più che alla soluzione del flusso; i due si uniscono in superficie.
Riferimenti
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605