Principio

Un secador rotatorio en cascada es uno de los tipos más comunes y eficientes de secadores rotatorios de contacto directo, ampliamente utilizado para secar materiales granulares, cristalinos o de flujo libre, como minerales, fertilizantes, arena, sales y productos químicos. Funciona según el principio de transferencia directa de calor por convección, donde los gases calientes entran en contacto directo con el material húmedo a medida que este se agita y se eleva dentro de un tambor giratorio equipado con elevadores o paletas internas.

El movimiento en cascada del material a través de la corriente de gas caliente garantiza una mezcla precisa, una amplia superficie expuesta y un secado uniforme. La humedad se elimina rápidamente y el producto seco se descarga continuamente por el otro extremo del tambor.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de un secador de cascada rotatorio se basa en la transferencia de calor por contacto directo entre el aire caliente o gas y el material sólido húmedo.

• El alimento húmedo se introduce en un extremo de un tambor cilíndrico giratorio y ligeramente inclinado.
• El aire caliente o los gases de combustión (de un horno o quemador) fluyen en la misma dirección (en paralelo a la corriente) o en la dirección opuesta (contracorriente) al flujo de material.
• Dentro del tambor, una serie de vuelos elevadores recogen el material y lo hacen pasar en cascada a través de la corriente de aire caliente, lo que promueve una mezcla continua y la máxima exposición de la superficie.
• El calor se transfiere principalmente por convección desde el gas caliente al material y por conducción desde la pared caliente del tambor.
• A medida que el tambor gira, la humedad se evapora, el aire cargado de vapor sale por el escape y los sólidos secos se mueven gradualmente hacia el extremo de descarga.

La acción en cascada garantiza un excelente contacto entre el gas y los sólidos, un secado uniforme y un uso eficiente de la energía térmica.

Construcción

Un secador rotatorio en cascada se compone principalmente de los siguientes componentes:

1. Carcasa giratoria (tambor):

El núcleo del secador es una carcasa cilíndrica horizontal y alargada, ligeramente inclinada (1°–5°) respecto al eje horizontal para facilitar el movimiento del material por gravedad. El tambor está fabricado en acero dulce, acero inoxidable o acero aleado, según el producto y la temperatura del proceso.

• La carcasa está apoyada sobre dos o más anillos de rodadura (neumáticos) y rodillos de soporte para una rotación suave.
• La relación entre la longitud y el diámetro del tambor normalmente varía entre 4:1 y 10:1.
• El tambor gira a una velocidad lenta, generalmente entre 2 y 10 rpm, impulsado por un motor eléctrico y una caja de cambios.

2. Vuelos (Elevadores):

La superficie interna del tambor está equipada con paletas o cuchillas elevadoras dispuestas en filas a lo largo de la circunferencia.

• A medida que el tambor gira, las paletas elevan el material desde el fondo y lo hacen descender por la corriente de aire.
• Este movimiento garantiza que el material se disperse bien y entre en contacto directo con el gas caliente, lo que aumenta la velocidad de transferencia de calor y masa.
• El diseño, la cantidad y la forma de las paletas dependen de la naturaleza del material y del tiempo de residencia deseado.

3. Sistema de alimentación:

El material húmedo se introduce en el extremo superior del tambor a través de un conducto de alimentación o transportador de tornillo. La alimentación se distribuye uniformemente para evitar obstrucciones y garantizar una cascada constante dentro del tambor.

4. Sistema de calefacción de aire/gas:

El medio de secado (aire caliente o gas de combustión) se genera mediante:

• un horno de gas o petróleo,
• un generador de aire caliente,
• una fuente de recuperación de calor residual (por ejemplo, gases de escape de otros procesos).

La temperatura del aire de entrada suele oscilar entre 200 °C y 800 °C, según el producto. Los gases calientes entran al tambor por el mismo extremo que la alimentación (flujo en paralelo) o por el extremo opuesto (flujo a contracorriente).

5. Configuración del flujo de aire:

Hay dos disposiciones comunes del flujo de aire:

• Flujo en paralelo: El aire caliente y el material se mueven en la misma dirección. El aire más caliente entra en contacto con el material más húmedo, lo que proporciona un secado inicial rápido y mantiene baja la temperatura de salida, ideal para materiales sensibles al calor.
• Flujo en contracorriente: El aire caliente y el material se mueven en direcciones opuestas. Esto proporciona una mayor eficiencia de secado y un menor contenido de humedad final, ideal para materiales que toleran temperaturas más altas.

6. Sistema de escape:

El aire húmedo o los gases de escape salen por un conducto de salida en el extremo opuesto del tambor. Este conducto está conectado a un equipo de recolección de polvo, como un separador ciclónico, un filtro de mangas o un depurador, que elimina las partículas finas antes de ventilar el aire limpio a la atmósfera.

7. Sistema de descarga:

El material seco se descarga continuamente a través de una tolva de salida o un transportador de tornillo en el extremo inferior del tambor. La salida suele incluir un sistema de sellado para evitar fugas de aire.

8. Mecanismo de accionamiento:

El tambor gira mediante un motor eléctrico y una caja de engranajes reductora, conectados mediante una transmisión por cadena, correa o corona dentada. La velocidad de rotación se puede variar mediante un variador de frecuencia (VFD) para controlar el tiempo de residencia del material dentro del tambor.

9. Aislamiento y cerramiento:

Toda la superficie exterior del tambor está cubierta con aislamiento térmico (normalmente lana de vidrio o lana mineral) y encerrada en una carcasa de chapa metálica para evitar la pérdida de calor y garantizar la seguridad del operador.

10. Instrumentación y controles:

El secador está equipado con sensores de temperatura, medidores de flujo de aire y manómetros en la entrada y la salida. En los sistemas modernos, se utiliza un panel de control PLC-HMI para la regulación automática de la temperatura del aire, la velocidad del tambor y la velocidad de alimentación, lo que garantiza un rendimiento de secado constante.