Blog

Nov 05, 2023

Calentamiento y secado por radiofrecuencia: la ola del futuro

Timothy D. Clark, presidente y director ejecutivo, Radio Frequency Company, Inc. | 04 de enero de 2023

Timothy D. Clark, presidente y director ejecutivo, Radio Frequency Company, Inc. | 04 de enero de 2023

Los sistemas de calentamiento y secado por radiofrecuencia (RF) utilizan energía electromagnética para calentar y secar rápidamente muchos tipos de materiales a granel, así como productos terminados con excelente velocidad y eficiencia. En términos generales, requieren solo una fracción del espacio de piso de las tecnologías de calefacción convencionales, no producen gases de efecto invernadero, no requieren altas temperaturas de proceso y brindan un excelente control del contenido final de humedad y la uniformidad.

Hoy en día, muchos fabricantes están adaptando nuevos sistemas de RF en línea con sus tecnologías tradicionales existentes para aumentar la productividad o resolver problemas críticos de control de la humedad. Este enfoque híbrido ha mostrado un ROI convincente, al mismo tiempo que aumenta la eficiencia energética y la calidad del producto final.

Antes de proporcionar un análisis de los equipos disponibles y las aplicaciones de secado, primero revisemos qué es la energía electromagnética. A continuación se muestra el espectro de energía electromagnética con luz visible hacia el centro. A la izquierda tenemos frecuencias crecientes y niveles de energía más altos hacia los rayos X y los rayos gamma, que son formas de radiación "ionizante". A menudo se denomina "irradiación". A la derecha tenemos frecuencias decrecientes y energía decreciente hacia las microondas y, aún más abajo, las ondas de radio. Tanto las microondas como la RF son formas de radiación "no ionizante" y no deben confundirse con la "irradiación".

Espectro de energía electromagnética

La definición de "radiación ionizante" del CDC es "una forma de energía que actúa eliminando electrones de átomos y moléculas". La energía RF no divide los átomos.

La estructura única de la molécula de agua polar, H2O, es la base de la respuesta térmica del agua cuando se la somete a un campo de energía de RF alterna. Una molécula de agua es magnéticamente polar porque hay una distribución desigual de electrones entre los átomos de oxígeno e hidrógeno. En un sistema de calentamiento por radiofrecuencia, el generador de RF crea un campo eléctrico alterno entre dos electrodos, por encima y por debajo del transportador. Esto hace que las moléculas de agua giren para mirar hacia el polo opuesto de forma muy parecida a como lo haría una barra magnética en un campo magnético oscilante. La rotación constante hace que la fricción y el calor se desarrollen rápidamente.

Molécula de agua polar

En el proceso de toma de decisiones sobre el empleo de esta tecnología en un proceso de secado, algunas de las características notables del proceso de calentamiento y secado por radiofrecuencia son las siguientes:

Control de humedad preciso y uniforme. La radiofrecuencia es única porque calentará preferentemente un producto donde el contenido de humedad es el más alto. Muchos procesos de secado se prolongan por la incapacidad del calor convencional para penetrar en el interior de un material, lo que prolonga considerablemente el tiempo de secado para que se sequen o curen los últimos porcentajes de humedad. En productos con distribución uniforme de la humedad, el calentamiento es volumétrico e instantáneo.

Bajas temperaturas de secado. En la mayoría de las aplicaciones, la temperatura se limita al punto de ebullición del agua. Este tipo de secado a veces se denomina secado in situ, ya que el agua sale del material como gas en lugar de la acción capilar del calentamiento de la superficie. Debido a que el secado es in situ, los sólidos que se encuentran en muchos recubrimientos y aglutinantes acuosos permanecen uniformemente distribuidos en los materiales en lugar de migrar a la superficie y formar una costra.

Sustratos de convertidor catalítico y filtros de partículas diésel de cerámica extruida

Encogimiento uniforme. Muchos productos, como la cerámica, se encogen a medida que se secan, y si el exterior se seca antes que el interior, el agrietamiento de la superficie puede ser un problema de calidad importante. Los sustratos del convertidor catalítico automotriz se secan con RF por esta misma razón. El calentamiento y secado volumétrico también significa que la contracción es uniforme y elimina las grietas superficiales.

Sistema de secado RF de 420kW para filtros de partículas diésel

Capacidad para penetrar materiales aislantes. El calentamiento convencional funciona bien cuando la conductividad térmica de un producto es alta. Sin embargo, las eficiencias son pobres con un material aislante. En toda la industria de la panificación, se utiliza un enfoque híbrido en el que se utilizan hornos de gas convencionales al comienzo del proceso de horneado, donde la masa tiene un alto contenido de humedad y es un buen conductor térmico, seguido de RF cuando el producto se desarrolla desván y una estructura de migas que es difícil de penetrar con aire caliente sin quemar la superficie.

Sistema de secado por radiofrecuencia de 240kW para guatas no tejidas

Energía eficiente. La energía de RF es de "encendido instantáneo", sin necesidad de tiempo de calentamiento para precalentar estructuras pesadas o grandes volúmenes de aire. Además, cuando no hay ningún producto en el sistema, el consumo de energía es mínimo. La energía solo se consume cuando hay material en el sistema y se usa en proporción a la cantidad de agua a eliminar o masa a calentar. El calor del enfriamiento del generador se recupera y se usa en el proceso de secado para eliminar la humedad, lo que aumenta aún más la eficiencia de la tecnología de calefacción por radiofrecuencia.

Reducción del espacio de piso de la fábrica. Por lo general, los sistemas de secado por radiofrecuencia requieren una quinta parte del espacio de piso que requieren las tecnologías de secado convencionales. Esto se debe a que no se requiere tiempo de residencia para que el calor penetre desde el exterior hacia el interior. El calentamiento por radiofrecuencia es instantáneo en todas las dimensiones del material a secar o curar.

Microondas vs. Radiofrecuencia. Aunque las microondas y la radiofrecuencia son formas de calentamiento electromagnético, existen distintas diferencias a tener en cuenta en relación con las aplicaciones de secado industrial. La profundidad de penetración es una variable clave cuando se procesan materiales más gruesos o una profundidad de cama de producto en un transportador de manejo a granel. En frecuencias de microondas (900-2450 mhz), la profundidad de penetración se limita a aprox. una pulgada de la superficie mientras que a frecuencias de RF (13,56 a 40,68 mhz) la profundidad de penetración aumenta a varios pies. Otro aspecto de la energía de microondas es que las cavidades resonantes son inherentemente de naturaleza no uniforme, de modo que los puntos calientes y fríos son comunes, de ahí la necesidad de mesas giratorias para aumentar la uniformidad del calentamiento. Los sistemas de calentamiento por RF transportan materiales entre dos conjuntos de electrodos por encima y por debajo del producto donde la distribución de energía se aplica uniformemente a la carga del producto. Sin embargo, los sistemas de microondas pueden ser una buena opción para productos con curvaturas compuestas o formas complejas que no se prestan bien al calentamiento por radiofrecuencia.

Hoy en día, los fabricantes pueden elegir entre una amplia variedad de sistemas de RF disponibles en una gama completa de salidas de potencia y configuraciones, de modo que se pueda lograr el ajuste correcto en términos de presupuesto y capacidades de proceso. Si bien la RF puede ser intensiva en capital en la etapa inicial, también son energéticamente eficientes y requieren menos mantenimiento que las tecnologías de secado convencionales. Los costos de capital y funcionamiento son fáciles de calcular para casos comerciales de muestra, que cualquier proveedor puede crear y enviar. Además, la mayoría de los fabricantes de RF ofrecen pruebas de muestra y estudios de factibilidad, lo que hace que la exploración de esta tecnología de calentamiento sea más fácil que nunca.

Timothy D. Clark es presidente y director ejecutivo de Radio Frequency Company, Inc. (Millis, MA). Para obtener más información, llame al 508-376-9555 o visite radiofrequency.com.

Más información sobre formatos de texto

Consulte el directorio del maestro de la industria de polvos y sólidos a granel.