Principio

Un secador por aspersión es un equipo industrial ampliamente utilizado, diseñado para convertir un líquido (como una solución, lodo o suspensión) en un polvo seco en un solo paso rápido. Su principio de funcionamiento se basa en el secado por evaporación, donde se pulverizan finas gotas de líquido en una corriente de aire caliente dentro de una cámara de secado. El pequeño tamaño de las gotas proporciona una gran superficie para una rápida transferencia de calor y masa, lo que provoca una evaporación casi instantánea de la humedad. Al eliminarse la humedad, se forman partículas sólidas o polvos, que se recogen en la cámara de secado y las unidades de separación (ciclones o filtros de mangas).

Así, el funcionamiento de un secador por aspersión se rige por la transferencia convectiva de calor y masa: el calor se transfiere del aire caliente a las gotas de líquido, mientras que la humedad se difunde desde el interior de las gotas hacia la superficie y se evapora en el medio de secado. Todo el proceso de secado se realiza en pocos segundos, lo que permite la producción de polvos finos, fluidos y uniformes, incluso a partir de materiales sensibles al calor como leche, enzimas, productos farmacéuticos y saborizantes.

Principio de funcionamiento

El principio del secado por aspersión implica tres pasos fundamentales:

• Atomización:
  El líquido se convierte en finas gotas mediante un atomizador o una boquilla de pulverización, aumentando así su superficie.
• Secado:
  Estas gotas se introducen en una corriente de aire caliente, donde la humedad se evapora rápidamente debido a la transferencia de calor convectiva. La superficie de la gota se seca primero, formando una fina capa sólida, mientras que la humedad restante se difunde y se evapora.
• Separación de partículas:
  Las partículas sólidas secas se separan del aire mediante separadores ciclónicos, filtros de mangas o colectores electrostáticos, mientras que el aire húmedo de escape se expulsa.

Debido a que el tiempo de secado de las gotas es extremadamente corto (1 a 10 segundos), el secado por aspersión puede manejar materiales termolábiles o sensibles a la oxidación que no se pueden secar con otros métodos.

Construcción de un secador por aspersión

Un secador por pulverización consta principalmente de los siguientes componentes:

• Cámara de secado:
  El corazón del secador por aspersión es una gran cámara cilíndrica vertical (a menudo con fondo cónico) donde se produce la atomización y el secado. Está fabricada en acero inoxidable (SS304 o SS316) para garantizar la higiene y la resistencia a la corrosión. La cámara está bien aislada para evitar la pérdida de calor y cuenta con puertas de acceso, ventanas de inspección y sellos herméticos. El diámetro y la altura de la cámara dependen de la capacidad de secado deseada y del tiempo de residencia de las partículas.
• Atomizador (Sistema de dispersión de alimentación):
  El atomizador es un componente esencial que descompone el líquido en finas gotas. Puede ser de varios tipos:
  • Atomizador rotatorio: Utiliza un disco giratorio de alta velocidad (5000–25 000 rpm) que pulveriza el líquido en finas gotas mediante fuerza centrífuga.
  • Atomizador de boquilla a presión: Impulsa el líquido a alta presión (50–300 bar) a través de un pequeño orificio para formar un rocío.
  • Atomizador de boquilla de dos fluidos: Utiliza aire comprimido o gas para pulverizar el líquido en gotas.

La elección del atomizador depende de la viscosidad de la alimentación, el tamaño de partícula requerido y las características del producto.

• Calentador de aire y distribuidor de aire:
  El aire ambiente es aspirado por un soplador y calentado a la temperatura requerida mediante serpentines de vapor, quemadores de gas o calentadores eléctricos. El aire caliente entra en la cámara de secado a través de un distribuidor de aire diseñado para garantizar un flujo de aire uniforme y su mezcla con las gotas de pulverización. La temperatura del aire de entrada suele oscilar entre 150 °C y 300 °C, según el producto.
• Bomba de alimentación:
  El líquido se suministra continuamente al atomizador mediante una bomba de alimentación (generalmente una bomba de pistón de alta presión o peristáltica). El caudal se controla cuidadosamente para que coincida con la velocidad de evaporación dentro del secador.
• Sistema de flujo de aire:
  El aire caliente puede fluir a través de la cámara en uno de tres patrones:
  • Flujo en paralelo: El aire caliente y las gotas se mueven en la misma dirección, lo que resulta adecuado para materiales sensibles al calor.
  • Flujo a contracorriente: El aire caliente y las gotas se mueven en direcciones opuestas, lo que proporciona una mayor eficiencia de secado.
  • Flujo mixto: Combinación de ambos para optimizar el secado y el control del producto.
• Sistema de recogida de productos:
  Tras el secado, el polvo fino se separa del aire húmedo de escape mediante un separador ciclónico. La fuerza centrífuga del ciclón hace que las partículas sólidas se desplacen hacia la pared y caigan en un depósito colector, mientras que el aire limpio sale por la parte superior. En los sistemas modernos, se añaden filtros de mangas o depuradores aguas abajo para mejorar la recuperación y el control de la contaminación.
• Sistema de aire de escape:
  El aire húmedo sale de la cámara de secado a través del conducto de extracción, conectado a un ventilador de tiro inducido. Algunas instalaciones incorporan recuperadores de calor para reutilizar parte del calor extraído, mejorando así la eficiencia energética.
• Sistema de control:
  Los secadores por aspersión están equipados con sensores de temperatura, manómetros, caudalímetros y controladores automáticos para regular la temperatura del aire de entrada y salida, la velocidad de alimentación y la velocidad del atomizador. Los secadores modernos utilizan sistemas PLC-HMI para una monitorización precisa del proceso y enclavamientos de seguridad.