INDICE

I.ANTECEDENTES21.COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ATOMIZACION32.DESCRIPCION DE UN SECADOR POR ATOMIZACION43.ASPECTOS TECNOLOGICOS54.CALCULOS EN SECADORES POR ATOMIZACION6EJEMPLO 4.17EJEMPLO 4.28II.NUEVAS TECNOLOGIAS9A)SECADO EN UNA ETAPA12FACTORES DETERMINANTES EN LA TEMPERATURA DE SALIDA16Contenido de humedad en el polvo final16Temperatura y humedad del aire de secado16Contenido en slidos en el concentrado17Atomizacin17Viscosidad del concentrado17B)SECADO EN DOS ETAPAS18VENTAJAS20III.APLICACIONES DEL SECADO POR ATOMIZACION25IV.FUNDAMENTO TEORICO27LECHO FLUIDIZADO VIBRADO27MARTILLO NEUMATICO28MODO DE FUNCIONAMIENTO29V.CONCLUSIONES33VI.BIBLIOGRAFIA34

SECADO POR ASPERSION I. ANTECEDENTES

El secado por aspersin, pulverizacin o "spray drying" se utiliza desde principios del siglo 20. Aunque existen patentes para el secado de huevos y leche desde 1850 (LaMont, 1865 ; Percy, 1872 ; Stauf, 1901), la atomizacin industrial de alimentos apareci en 1913 en un proceso desarrollado para leche por Grey y Jensen en 1913. El primer equipo rotativo lo desarroll el alemn Kraus (1912) pero, comercialmente se conoci gracias al dans Nyro (1933).El principio de este sistema es la obtencin de un producto en polvo a partir de un material lquido concentrado que se pulveriza finamente formando una niebla que entra en contacto con una corriente de aire caliente, entre 200 y 300C para alimentos, que acta como medio calefactor y fluido de transporte.En estos sistemas la transformacin tiene lugar mediante una nica operacin de una alimentacin lquida, la misma que puede ser una solucin, suspensin o emulsin en un producto seco en polvo, por ste mtodo de secado se puede deshidratar cualquier sustancia que se presente en forma de pasta y pueda ser bombeada como pasta cermica, frutas y polmeros entre otros.

1. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ATOMIZACION

Los elementos de un secador de este tipo son:

Unidad de concentracin Atomizador Cmara de secado Sistema de manejo de aire Sistema de separacin Sistema de transporte y enfriamiento

La unidad de concentracin es un evaporador que lleve el producto hasta concentraciones entre 30 y 55 % de slidos.El atomizador puede usar energa de presin ( toberas de presin) , energa cintica (toberas de dos fluidos o atomizacin neumtica) o energa centrifuga ( discos rotativos). En cualquier caso se busca crear la mxima superficie posible para la evaporacin con un tamao de gota lo mas homogneo posible.

Fig. 1.1 Arreglo de corrientes en un secador por aspersinLa cmara de secado ms comn es de tipo cilndrico con un cono inferior que hace un ngulo con la vertical entre 40 y 60 para que pueda ser retirado all el polvo por gravedad. Esta unidad est aislada trmicamente para reducir prdidas energticas. Su tamao vara desde unos metros hasta 30 metros de altura en las unidades ms grandes.Tpicamente, el aire utilizado en la operacin tiene una temperatura de entrada entre 100 y 300 C. Para alimentos termoestables como el caf pueden usarse hasta 250 C mientras que para materiales delicados como la leche o huevos pueden manejarse 100 C o menos. Las temperaturas de salida del aire oscilan entre 50 C y 100 C (Heldman y Hartel, 1997) . El calentamiento del aire se hace por mtodos indirectos (vapor, gas o aceite como medios calefactores) o directo ( Gas o electricidad) y presenta distribuciones como las que se muestran en la figura anterior.

2. DESCRIPCION DE UN SECADOR POR ATOMIZACION

En la figura 1.2 se muestra un esquema de un atomizador. El producto lquido se bombea (1) a presin elevada ( 3 a 48 M Pa) hasta la turbina de pulverizacin (2) en donde por centrifugado o estrangulamiento se forma la niebla de gotitas con dimetros del orden de varios micrones. El aire se mueve mediante un ventilador (4) que lo succiona del ambiente a travs de un filtro (3) y lo dirige a la zona de calentamiento (5) que opera generalmente con intercambiadores de calor (menos comunes son los calentadores directos con gas).El aire caliente entra (6) a la cmara de atomizacin (7) de forma cilindro-conica.

FIGURA 1.2 Esquema de un secador por atomizacin

El sistema de recuperacin del producto lo conforman un conjunto de rastrillos, vlvulas rotatorias (8) que lo retiran del fondo de la tolva de la cmara . Parte del producto sale arrastrado por la corriente de aire que por ello debe someterse al paso por ciclones (9 y 12) que retiran los slidos finos por el fondo. Generalmente se usa ms de un cicln, de diferente dimetro , pues segn sea esta dimensin tendr capacidad de atrapar partculas de diferentes dimensiones. Finalmente el aire limpio de producto sale por ventiladores (10). En la Figura 1.2 el producto de la cmara y ciclones se transporta mediante un sistema neumtico (11) y se recoge en el ltimo cicln (12).

3. ASPECTOS TECNOLOGICOS

El secado ocurre tan rpido en la cmara que apenas si hay fase de velocidad constante, el aire, que circula de manera muy compleja, cambia rpidamente la temperatura y la humedad en su paso por el atomizador y las partculas son de tamao heterogneo. Estos son algunos de los factores que hacen difcil un tratamiento terico.

Cuando el aire y el producto circulan en el mismo sentido ( paralelo) hay una prdida importante de la eficacia del secado por la disminucin de los gradientes de humedad y temperatura en el sentido de flujo. Sin embargo esta prdida se compensa con la mejor calidad del producto pues cuando el aire est ms caliente y seco el producto est protegido por la intensa evaporacin que hace que en su superficie se tenga la temperatura de bulbo humeo. A la salida del atomizador se llega generalmente a que la diferencia de temperatura entre el producto y el aire est entre 10 y 20 C. Las dimensiones de la cmara dependen del tiempo de residencia deseado para el producto y el sistema de pulverizacin elegido. All, para sistemas de estrangulamiento se tienen dimensiones estilizadas y tiempo de residencias cortos ( 4 a 6 segundos), mientras que cuando se usan turbinas centrifugas se tienen alturas de cmara iguales o inferiores a su dimetro con tiempos de permanencia altos (25 a 30 segundos). Las cmaras tienen una gran variedad de diseos en los que el aire y el producto pueden ir en paralelo o en contracorriente. Para los alimentos se usan los sistemas en paralelo pues all se producen los menores riesgos de deterioro trmico.

4. CALCULOS EN SECADORES POR ATOMIZACION

Para condiciones estacionarias alrededor de las gotas y bajos Re se cumple: Modelo de la gota pura (dimetro final cero o total evaporacin) (Heldman y Singh, 1981)

Modelo de dimetro final finito ( Heldman y Singh, 1981)

EJEMPLO 4.1 Determine el tiempo de secado considerando los modelos de gota pura y de gota de dimetro final al secar un alimento de densidad inicial 1030 kg/m3 con aire a 120 C y 0,025 kg de agua / kg de aire seco. El dimetro de la gota es de 25 m y el final de 10 m. Asumir condiciones estacionarias para las gotas.

SOLUCION:La conductividad trmica del aire

Las caractersticas del aire se obtienen de la carta psicomtrica:

Punto de roco 28,6 C

Se deber escoger uno de los dos calores latentes. Si se supone que el rango de secado corresponde al periodo de velocidad constante, all la temperatura superficial de la gota (donde ocurre la evaporacin) ser aproximadamente la de bulbo hmedo del aire. Por ello se escoge el segundo valor .

Este valor lo produce el modelo de la gota pura. Para aplicar el modelo de dimetro final finito se requiere conocer la densidad final de la gota.

El periodo de velocidad constante de secado se alcanza cuando la gota llega a mantener un dimetro constante; en tal momento el material llega a su humedad crtica.

Para el dimetro de la gota en la humedad critica la humedad de equilibrio y la diferencia de temperatura media entre la partcula y el aire durante el periodo de secado.

EJEMPLO 4.2Estimar el tiempo de secado para el periodo de velocidad de secado decreciente en el caso del problema anterior si la humedad final de equilibrio es 0,05 kg de agua/kg de slidos. Los slidos iniciales presentes en la gota son del 7 % y la perdida de agua en el periodo de secado a velocidad constante fue 7,658 E-12 kg por gota.

SOLUCION:

Humedad final de periodo de velocidad constante

Dimetro de la gota con humedad critica:

Diferencia media de temperatura:

Debe observarse que esta es una aproximacin que supone que el producto se calienta en la fase de velocidad decreciente hasta un valor cercano a la temperatura del aire de entrada. Realmente esto nunca sucede pues el aire se enfriar a medida que procede el secado y la temperatura superficial de la gota en este perodo ir desde 43 C hasta un valor cercano a la temperatura del aire fro).

El tiempo de secado ser entonces

II. NUEVAS TECNOLOGIASUn secador por atomizacin de la actualidad consta de los siguientes componentes principales : Cmara de secado (1) Sistema de aire caliente y de distribucin de aire (2) Sistema de alimentacin (3) Dispositivo de atomizacin (4) Sistema de separacin de polvo (5) El transporte neumtico y sistema de refrigeracin (6) Lecho fluido de post-secado / enfriamiento (7) Instrumentacin y automatizacin (8)

Fig1.3. Planta de secado por aspersin

En un secador por atomizacin actual, el secado se realiza en dos etapas a diferencia de los primeros que se realizaba en una sola etapa

Funcionamiento de un secador por Atomizacin La alimentacin es bombeada desde el tanque de alimentacin de producto para el dispositivo de atomizacin, situado en el dispersor de aire en la parte superior de la cmara de secado. El aire de secado se extrae de la atmsfera a travs de un filtro de un ventilador de suministro y se pasa a travs del calentador de aire al dispersor de aire. Las gotitas atomizadas se renen con el aire caliente y la evaporacin se lleva a cabo, mientras que el enfriamiento del aire ocurre simultneamente. Despus de la pulverizacin se seca en la cmara de secado, la mayora del producto seco cae a la parte inferior de la cmara y entra en un sistema de transporte y refrigeracin neumtica .

Las partculas con un dimetro pequeo, se quedan en el aire, por lo que es necesario pasar el aire a travs de ciclones para separarlas. Las partculas con un dimetro pequeo dejan el cicln en la parte inferior a travs de un dispositivo de bloqueo y entran en el sistema neumtico, tambin. El aire pasa desde el cicln a la atmsfera va el ventilador de escape. Las dos fracciones de polvo se recogen en el sistema neumtico para el transporte y la refrigeracin y se pasan a travs de un cicln para la separacin, despus de lo cual se embolsan . La instrumentacin comprende la indicacin de la temperatura del aire de entrada y de salida, as como el control automtico de la temperatura de entrada mediante la alteracin de la presin del vapor, la cantidad de aceite o de gas al calentador de aire, y el control automtico de la temperatura de salida alterando la cantidad de alimentacin bombeado al dispositivo de atomizacin. El secado por aspersin incluye cuatro fases crticas:1. Atomizacin.2. Mezcla de gotitas-aire.3. Evaporacin4. Recuperacin del producto secadoLa atomizacin es el paso crtico inicial y se logra a travs de una boquilla de aspersin a presin, disco rotatorio, o boquilla neumtica. El atomizador regula el tamao de la gotita, la distribucin del tamao, la trayectoria y la velocidad, que a su vez determinan el carcter final de la partcula seca. El contacto entre el aire que seca y las gotitas del roco se lleva a cabo en co-corriente, contracorriente o combinado como sistemas mixto de flujo. En la recuperacin del producto se utilizan ampliamente los ciclones ya que son muy eficientes, requieren poco mantenimiento y se limpian con facilidad. Un cicln es una cmara cnica en la que una mezcla de aire y producto entra tangencialmente a alta velocidad, haciendo que la mezcla gire. El producto ms pesado es arrojado a los lados del cono y sale por el fondo. El aire ms ligero se mueve hacia el centro y sale por la parte superior.TECNOLOGA DE LA LECHE EN POLVO

Se ha comprobado que el secado por atomizacin es el proceso ms adecuado para eliminar de los productos lcteos, la ltima parte de agua, debido a que el secado por atomizacin puede convertir el concentrado de leche en un polvo que conserva las valiosas propiedades de la leche.El principio de todos los secadores por atomizacin es transformar el concentrado en muchas y diminutas gotas que son expuestas a una rpida corriente de aire caliente. Debido al gran tamao de la superficie de las gotas (1 l de concentrado ser atomizado en 1,5 x 1010 partculas de 50 con una superficie total de 120 m2), el agua es evaporada casi instantneamente, transformando las gotas en partculas de polvo.

A) SECADO EN UNA ETAPA

El secado en una etapa se define como el proceso de secado por atomizacin durante el cual el producto es secado hasta la humedad final dentro de la cmara de secado. Sin embargo, los principios fundamentales de la formacin de gotas y la evaporacin de la humedad inicial son los mismos en ste y los procesos siguientes, y por este motivo son descritos a continuacin.La velocidad inicial de las gotas en el atomizador es de alrededor de 150 m/seg. La mayor parte del secado tiene lugar mientras las gotas son desaceleradas debido a la friccin entre ellas y el aire. Aquellas gotas con un dimetro de 100 micras tienen un recorrido de desaceleracin de menos de un metro, y las de 10 micras de dimetro, de slo unos pocos centmetros. La reduccin mayor de la temperatura del aire de secado tiene lugar durante este perodo. Por tanto, una enorme transferencia de masa y calor tiene lugar en las partculas en un perodo de tiempo muy corto. La calidad del producto puede ser alterada seriamente si los factores que promueven la degradacin no son conocidos o se han descuidado.

Durante la eliminacin de agua de las gotas, se produce una considerable reduccin en el peso, volumen y dimetro de la partcula. Bajo condiciones ideales de secado el peso disminuir alrededor del 50%, el volumen descender a un 40% y el dimetro a un75% aproximadamente de la gota creada por el atomizador. Sin embargo, no se ha desarrollado todava una tcnica ideal de creacin y secado de las gotas. Siempre existir alguna penetracin de aire en el concentrado durante el bombeo desde el evaporador, y especialmente cuando la leche es conducida al interior del tanque de alimentacin, debido al salpicado. Pero tambin durante la atomizacin, una cantidad Fig 1.4 Rueda con canales curvos para polvo de alta densidad Fig 1.5 Rueda barrida por vapor

Fig 1.6 capacidad de formar espuma de leche descremada concentrada Fig 1.7 Desarrollo de la temperatura

de aire es incorporada en la alimentacin en el atomizador centrfugo donde la rueda, adems de atomizar el concentrado, est actuando como un ventilador que aspira aire y lo arroja dentro del concentrado. Ruedas especialmente diseadas contrarrestarn, sin embargo, la incorporacin de aire al concentrado. En la rueda de labe curvado (la as llamada rueda de alta densidad global), ver Fig. 1.4, el aire es parcialmente separado del concentrado nuevamente, debido a la fuerza centrfuga, mientras que en la rueda con barrido de vapor, ver Fig. 1.5, el problema es parcialmente solucionado reemplazando la interfase lquido/aire por una interfase lquido/vapor. Antes se crea generalmente que las toberas durante la atomizacin incorporaban poco o ningn aire al concentrado. Sin embargo, se ha descubierto que existe una cierta penetracin de aire durante la primera etapa de atomizacin, tanto fuera como dentro del cono de atomizacin, debido a la friccin del aire, previo a la formacin de las gotas. Cuanto mayor capacidad tiene la tobera (kg/h), ms cantidad de aire incorpora al concentrado.La capacidad de un concentrado para incorporar aire, o formar una espuma estable, depende de la composicin, la temperatura y el contenido en slidos. Se ha descubierto que los concentrados con bajo contenido en slidos tienen una alta capacidad de formar espuma, la cual aumenta con la temperatura. Los concentrados con un alto contenido en slidos tienen considerablemente menos espuma, la cual puede ser reducida an ms aumentando la temperatura, ver Fig. 1.6. Generalmente la capacidad para formar espuma es menor en el concentrado de leche entera que en el concentrado de leche descremada. La cantidad de aire en las gotas (presente en forma de pequeas burbujas de aire) es, por lo tanto, uno de los factores decisivos para hallar cunto ms continuar la reduccin del tamao durante el secado. Otro factor an ms importante es el de las condiciones de secado, o sea, la temperatura del aire circundante. Como se mencion, mucho calor debe ser transferido del aire de secado a las gotas, y mucho vapor de agua realizar el camino contrario.Existe, por lo tanto, un gradiente de temperatura y concentracin en la partcula, y el proceso total se vuelve muy complejo y no totalmente comprensible. Las gotas de agua pura (actividad del agua 100%) se evaporarn al ser expuestas a una ms alta temperatura, manteniendo la temperatura de bulbo hmedo ("wet bulb"), hasta que se evaporen completamente, mientras los productos conteniendo slidos completamente secados (o sea, con una actividad de agua aproximndose a cero), son calentados hasta la temperatura del aire circundante al final del proceso, la cual, en un secador por atomizacin significa la temperatura del aire de salida. Ver Fig. 1.7No es slo desde el centro hacia la superficie que existe un gradiente de concentracin, sino tambin desde un punto de la superficie hacia otro, dando como resultado diferentes concentraciones de agua y por lo tanto diferentes temperaturas entre diferentes zonas de la superficie. La intensidad del gradiente global es mayor, cuanto mayor sea el dimetro de partcula, debido a la menor relacin superficie/masa. Por lo tanto, las pequeas partculas se secan ms uniformemente.Durante el secado, el contenido en slidos naturalmente aumenta, debido a la eliminacin de agua y lo mismo ocurre con la viscosidad y la tensin superficial. Esto significa que el coeficiente de difusin, o sea la relacin de difusin de agua-vapor/tiempo y superficie, Fig.1.8 Partcula tpica del secado de una etapa Fig. 1.9 Partcula atomizada . Secado de una etapa

Fig 1.10 Partcula sobrecalentada . Secado de una etapase vuelve menor y tiene lugar un sobrecalentamiento debido a la menor velocidad de evaporacin.En casos extremos, el llamado "case hardening" (endurecimiento), que es la formacin de una cscara dura sobre la superficie, a travs de la cual el vapor/agua restante o el aire adjunto se difunden, provocar que esa difusin se realice muy lentamente. El "case hardening" ocurre normalmente con un contenido residual de humedad de 10-30% en la partcula, en cuya etapa las protenas, especialmente la casena, son muy sensibles al calor y muy fcilmente desnaturalizables, dando como resultado un polvo de baja solubilidad.Ms an, la lactosa amorfa se endurecer y ser casi impenetrable para el vapor de agua, y la temperatura de la partcula aumentar a medida que la velocidad de evaporacin, o sea el coeficiente de difusin, se aproxime a cero.Al haber ms vapor de agua y burbujas de aire en la partcula, sta se sobrecalienta si la temperatura del aire circundante es lo suficientemente alta, provocando una expansin del vapor y el aire. La presin aumentar y la partcula se convertir en una pelota completamente redonda con una superficie lisa. Ver Fig. 1.8. La partcula tendr una gran cantidad de vacuolas en su interior. Ver Fig. 1.9 Si la temperatura del aire circundante es lo suficientemente alta, la partcula puede incluso explotar, y aunque no ocurre, tendr igualmente una muy pequea cscara de aproximadamente 1 micra, y no sobrevivir al tratamiento mecnico en el sistema de transporte y en los ciclones, y abandonar el secador con el aire de salida. Ver Fig. 1.10Si hay solamente una pequea cantidad de burbujas de aire en la partcula, la expansin no ser demasiado grande, a pesar del sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento, como resultado de la formacin de una cscara, sin embargo, ir en detrimento de la casena, dando como resultado una mala solubilidad.Si la temperatura circundante, o sea, la temperatura de salida es mantenida baja durante el secado, la temperatura de la partcula ser igualmente baja.FACTORES DETERMINANTES EN LA TEMPERATURA DE SALIDALa temperatura de salida es determinada por muchos factores entre los cuales los ms importantes son: Contenido de humedad en el polvo final Temperatura y humedad del aire de secado Contenido en slidos en el concentrado Atomizacin Viscosidad del concentradoContenido de humedad en el polvo finalEl primero y ms importante es el contenido de humedad en el polvo final. A menor contenido de humedad residual, ms baja humedad relativa en el aire de salida y eso significa mayor temperatura de salida y con ello, mayor temperatura de la partcula.Temperatura y humedad del aire de secadoComo el contenido de humedad est en relacin directa con la humedad relativa del aire de salida, un aumento de temperatura en el aire de entrada necesitar un pequeo aumento del aire de salida, debido al alto contenido de humedad en el aire, resultante del aumento de evaporacin. Tambin el contenido inicial de humedad en el aire de secado es importante, y si este contenido es alto se debe aumentar la temperatura de salida para compensar la humedad adicional.Contenido en slidos en el concentradoUn aumento en el contenido en slidos requerir un aumento en la temperatura de salida, debido a que la evaporacin se vuelve ms lenta (menor coeficiente promedio de difusin) y es necesaria una mayor diferencia de temperatura (fuerza motriz), entre la partcula y el aire circundante.AtomizacinCualquier esfuerzo con el fin de mejorar la atomizacin y crear una nube atomizadora ms fina dar como resultado una temperatura de salida ms baja, porque la relacin superficie especfica/masa de las partculas se vuelve mayor. La evaporacin ser, por lo tanto, ms fcil y se requerir una fuerza motriz menor.Viscosidad del concentradoLa atomizacin est influenciada por la viscosidad. La viscosidad aumenta con un contenido mayor de protenas, de lactosa cristalizada y de slidos totales. Calentando el concentrado (vigilando el espesamiento por envejecimiento) y aumentando la velocidad del atomizador o la presin de tobera puede remediar el problema.La tecnologa de secado tratada hasta aqu ha sido relacionada con una planta con transporte neumtico y sistema de enfriamiento, donde el polvo al abandonar la base de la cmara es secado hasta alcanzar el contenido de humedad deseado. El polvo en esta etapa est caliente y consiste en partculas dbilmente unidas, en grandes aglomerados sueltos, debido a que la primera aglomeracin tiene lugar en la nube de atomizacin, donde las partculas de dimetro diferente tendrn diferentes velocidades y por lo tanto chocarn. Sin embargo, cuando son conducidas a travs del sistema de transporte neumtico donde los aglomerados estn expuestos a fuerzas mecnicas, el polvo se convertir en partculas individuales. Este tipo de polvo, tiene las siguientes caractersticas: Consiste en partculas individuales Alta densidad especfica Pulverulento si es de leche descremada No-instantneoB) SECADO EN DOS ETAPAS Como se ha visto anteriormente, la temperatura de la partcula dependa de la temperatura del aire circundante (la temperatura de salida). Como la ltima agua en el producto es la ms difcil de eliminar por el secado convencional, la temperatura de salida tiene que ser lo suficientemente alta para asegurar una fuerza motriz (t o diferencia de temperatura entre la partcula y aire), capaz de eliminar la citada humedad. Esto puede ir muy a menudo en detrimento de las partculas, como ya ha sido comentado anteriormente.No sorprende, por lo tanto, que haya sido desarrollada una tecnologa de secado completamente diferente, especialmente para evaporar el ltimo 2-10% de humedad de las partculas ya formadas en esta etapa.Como la evaporacin ir muy lenta con esta humedad, debido a que el coeficiente de difusin es bajo, el equipo de secado o post-secado debe ser diseado de forma que el polvo tenga un largo tiempo de residencia. Puede realizarse en un sistema de transporte neumtico utilizando aire caliente que incrementa la fuerza motriz. Sin embargo, como es necesaria una velocidad de aprox. 20 m/seg. en el conducto, se precisa una considerable longitud del mismo para ser eficiente. Otro sistema es el denominado "Hot Chamber" (cmara caliente) con una entrada tangencial para prolongar el tiempo de retencin. Terminado el secado, el polvo es separado en un cicln y llevado a otro

Fig 1.11 Vibro-fluidizador

Fig 1.11a BUBBLE PLATESistema neumtico de transporte con aire fro o deshumectado para el enfriamiento. El polvo es separado en un cicln y est listo para ser ensacado. Otro sistema para el post-secado es el VIBRO-FLUIDIZER, un lecho fluidizado, que consiste de un gran conducto horizontal, dividido en dos secciones: una superior y una inferior, por medio de una placa perforada, soldada a la pared del conducto. Ver Fig. 1.11. Para el secado, o bien el enfriamiento, se introduce aire caliente o fro en la parte inferior del Vibro-Fluidizador. El aire se distribuye uniformemente sobre toda la superficie de la placa especial perforada la BUBBLE PLATE, que tiene las siguientes ventajas: El aire se dirige hacia abajo a la superficie de la placa, por lo que se mantienen las partculas en movimiento en la placa, la que tiene pocos, pero grandes orificios para permitir perodos ms largos entre limpiezas. Adems, la placa ha demostrado un efecto de vaciado muy bueno. Ver Fig. 1.11a. El mtodo de construccin previene ranuras. Por eso la placa BUBBLE PLATE resulta sanitaria y as aceptada por USDA. Las perforaciones y la cantidad de aire se determinan por la velocidad de aire necesaria para la fluidificacin del polvo. La velocidad de aire se determina por la naturaleza del polvo, por ejemplo por el contenido de humedad y la termo plasticidad.La temperatura es determinada segn la capacidad de evaporacin que se desea lograr. El tamao de los orificios de la placa perforada es elegido a fin de que la velocidad del aire sea lo suficientemente alta para fluidificar el polvo sobre la placa. La velocidad del aire no deber ser tan alta que el polvo aglomerado sea destruido por una atricin.Al otro lado, nunca puede evitarse (y en algunos casos incluso se desea), que algunas partculas, especialmente las ms pequeas, salgan del Vibro-Fluidizador con el aire. Por eso, el aire pasa a travs de un cicln o un filtro de mangas, donde las partculas son separadas y devueltas al proceso.Aplicando este nuevo equipo ser posible evaporar el ltimo contenido de humedad en el polvo de un modo suave. Esto significa que se puede operar el secador en una forma diferente de aquella descrita anteriormente, donde el polvo sala de la cmara con el contenido final de humedad.VENTAJAS Mayor capacidad/kg de aire de secado Mejor economa Mejor calidad del producto, como : buena solubilidad, alta densidad, bajo contenido de grasa libre, bajo contenido de aire ocluido Menor emisin de polvo

Fig 1.12 Secador con Vibro-Fluidizador para secado en dos etapas

Fig 1.13 Partcula tpica del secado de dos etapasSecado en dos etapas con Vibro-Fluidizador ("Plug-Flow")En el Vibro-Fluidizador todo el lecho vibra. Las perforaciones de la placa facilitan la direccin del aire de secado con el flujo de polvo. Para evitar que la placa perforada vibre con su propia frecuencia, es necesario un soporte. Ver Fig. 1.12.En el secador se reduce la temperatura de salida dando lugar a un aumento del contenido de humedad y una reduccin de la temperatura de la partcula. El polvo hmedo procedente de la cmara de secado entra en el Vibro-Fluidizador por gravedad.Hay sin embargo, un lmite a lo que es operativamente posible llegar con el contenido de humedad aumentado, ya que el polvo se volver pegajoso a pesar de la baja temperatura, formando grumos dando lugar a depsitos en la cmara.Normalmente puede lograrse una reduccin de 10-15C en la temperatura de salida. Resulta en un secado mucho ms suave, especialmente en la etapa crtica de secado (30% a 10% de humedad); la contraccin contina, ver Fig. 1.13, y no es interrumpida por ningn "case hardening", obteniendo as condiciones cercanas a las del ejemplo ptimo de secado. La temperatura ms baja de las gotas se obtiene en parte debido a la baja temperatura circundante, pero tambin al alto contenido de humedad en las partculas, cuya temperatura es cercana a la de bulbo hmedo. Esto tiene naturalmente una influencia positiva en las propiedades de solubilidad del polvo final.La reduccin en la temperatura de salida implica un correspondiente mayor rendimiento en la cmara de secado debido a la mayor diferencia en temperatura (t). Muy a menudo se aumentan la temperatura de secado y el contenido en slidos en la alimentacin aumentando as an ms la eficiencia del secador. Sin embargo, esto significa al mismo tiempo un aumento necesario de la temperatura de salida, pero el mayor contenido de humedad y la menor temperatura de la partcula protegen las partculas evitando as el sobrecalentamiento y el "case hardening".Como experimento, la temperatura de secado puede alcanzar 250C o incluso 275C al secar leche descremada, en cuyo caso la eficiencia de secado alcanza 0,75.Cuando la fraccin de la cmara llega a la base de la cmara tiene un mayor contenido de humedad y una menor temperatura que lo que se obtiene con el secado convencional anteriormente descrito. Desde la base de la cmara, el polvo debera caer directamente a la seccin de secado del Vibro-Fluidizador y ser fluidificado inmediatamente.Cualquier retencin o transporte dar lugar a que las partculas templadas, hmedas y termoplsticas se adhieran entre ellas y se formen grumos que luego son difciles de

Fig 1.14 Sistema de transporte a presin desde el Vibro-Fluidizador hasta el sistema de silos

disolver. Esto tiene una influencia negativa directamente sobre la eficiencia del secado en el Vibro-Fluidizador y parte del polvo saldr del equipo con un contenido de humedad demasiado alto, en detrimento de la calidad de conservabilidad del polvo. Solamente la fraccin procedente de la cmara entra en el Vibro-Fluidizador por gravedad.La fraccin del cicln principal y la del cicln del Vibro-Fluidizador (o filtro de mangas lavado por CIP) an tienen que ser recogidas y conducidas al Vibro-Fluidizador.Como las fracciones de los finos se componen de partculas de un dimetro medio menor que las partculas de la fraccin de cmara, mantendrn un menor contenido de humedad y por lo tanto, no precisarn el mismo proceso de post-secado. Muy a menudo las partculas estn lo suficientemente secas, pero, a pesar de ello son conducidas hasta el ltimo tercio de la seccin de secado del Vibro-Fluidizador, para asegurar que sean secadas hasta quedar con el contenido de humedad deseado.Al recoger las fracciones de los ciclones, el punto de recoleccin no siempre puede quedar exactamente encima del Vibro-Fluidizador, de forma que el polvo pueda ser alimentado directamente por gravedad al Vibro-Fluidizador. Por lo tanto se instala un sistema de transporte a presin para manejar el polvo. Este sistema es muy flexible dependiendo a donde el polvo es transportado, ya que la lnea es un conducto lcteo normal, de 3 o 4 pulgadas. El sistema consiste en un soplador de aire de bajo volumen/alta presin, una vlvula de paso directo, que permite el paso de aire recogiendo el polvo, y una lnea de transporte, ver Fig. 1.14. La cantidad de aire es pequea en relacin al polvo a ser conducido (slo 1/5).

Durante produccin una pequea parte del polvo queda suspendida en el aire de nuevo en el Vibro-Fluidizador y abandona ste con el aire, siendo recogido en el cicln y devuelto al Vibro-Fluidizador. Durante el paro de la planta, llevar algn tiempo, por lo tanto, en parar esta recirculacin si no se toman medidas especiales.El problema se soluciona, por ejemplo, mediante una vlvula de desvo del tubo de transporte a otro tubo llevando el polvo al final del sistema del Vibro-Fluidizador siendo entonces vaciado en pocos minutos.El polvo es finalmente tamizado y envasado. Como puede contener algn aglomerado, se recomienda utilizar un sistema de transporte a presin hacia un silo, a fin de obtener la mxima densidad.

Figura. 1.15 Cono de un secador y el Vibro-Fluidizador conectado

SISTEMAS DE SECADO Secador con sistemas de transporte neumticoSecador con Vibro FluidizadorSecador operado a alta temperatura con VibroFluidizador

SECADOR

Temperatura de entrada C200200230

Aire de secadoKg/h31.50031.50031.500

Leche descrem. 8.5 % solidosKg/h12.95019.800

Concentrado con 48 % solidosKg/h

2.2902.8603.510

Evaporacin en camaraKg/h1.1501.4001.720

Polvo de la cmara

-6 % humedadKg/h1.4601.790

-3.5 % humedadKg/h1.140--

Consumo de fuel-oilKg/h175175205

Consumo de energaKg/h120125130

Consumo de energa del secado totalMcal1.8181.8232.120

Energia por kg de polvo en cmara Kcal1.5951.2501.184

VIBRO-FLUIDIZADOR

Aire de secado:Kg/h3.4304.290

Temperatura de entradaC100100

Evaporacin en VFkg/g4045

Polvo del VF, 3,5 % hurmedadC1.4201.745

Consumo de vaporkg/h135167

Consumo de energa kw2022

Consumo de energa total en VFMcal95115

SECADO TOTAL

Consumo de energa totalMcal1.81819182.235

Energa por kg polvo finalKcal1.5951.3501.280

Relacin de energa:%1008580

Eficiencia del secador0.540.620.66

III. APLICACIONES DEL SECADO POR ATOMIZACION Se listan una serie de productos cuyo procesamiento incluye propiamente el secado por aspersin o modificaciones tales como: enfriamiento spray, reaccin spray o absorcin spray y sus condiciones de operacin ms sobresalientes.ProductoSlidos en el alimento (%)Temperatura alimento CHumedad Final (%)Temperatura C

EntradaSalida

Resina acrlica40-4810-250.5-1.0250-30090-95

Oxido de Aluminio45-6510-200.25-2.0300-50095-100

Antibiticos10-300-101.0-2.0140-19090-110

Bentonita18-2015-201.5-2.0400-550125-130

Plasma sanguneo25-275-106.0-7.0220-27575-80

Catalizador (Ni, Zn)10-4510-501.0-2.5400-700120-150

Caf instantneo35-5520-303.0-4.5220-30085-100

Detergentes60-7060-656.0-10.0300-35085-110

Enzimas30-4010-204.0-5.0140-18075-100

Flavorizantes30-5010-203.0-5.0150-18075-95

Funguicidas35-5510-151.0-2.0250-30080-100

Herbicidas45-5010-152.0-4.0140-25075-110

xido de hierro50-5515-200.5-0.3300-450100-140

Maltodextrina50-7050-854.5-5.0200-30095-100

Nata de leche47-5260-703.5-4.0175-24075-95

Protena vegetal hidrolizada20-5015-602.0-3.0180-25090-110

Silica gel 12-2010-406.0-8.0400-750120-140

Vitaminas A, B2, E15-5025-603.0-5.0150-25090-105

Sorbitol65-7050-600.3-0.6120-18085-95

Figura 1.16Producto obtenidos por secado por aspersin Fuente: Spray Drying Handbook (Maters, 1991)

AplicacionesProductos Alimenticios Extractos de caf, malta y t Leche entera y descremada en polvo Suero de quesera y mantequera en polvo Caseinatos Derivados de Maz Maltodextrinas Azcar y alcohol Secado de vinaza alcohlica Levaduras Gelatina Huevo entero, yema o clara en polvo Sabores y esencias encapsuladas Jugos de fruta en polvoProductos Qumicos Efluentes industriales Urea Sales Colorantes Jabones y detergentes Herbicidas e insecticidas Fertilizantes Taninos

Productos Farmacuticos Antibiticos Aminocidos Vitaminas Sangre entera y plasma concentrados

IV. FUNDAMENTO TEORICO

LECHO FLUIDIZADO VIBRADO

Fig. 1.17 Lecho fluidizado vibrado Uno de los equipos ms comnmente usados para secar polvos son los lechos fluidizados vibrados, tambin denominados "vibro-fluidizadores". Este tipo de equipos pueden ser utilizados como nico medio de secado en muchos procesos, aunque normalmente se utilizan como terminadores a la salida de una cmara de secado spray ( secado por atomizacin).Un lecho fluidizado vibrado tiene un cuerpo cilndrico horizontal cerrado, donde entra en un extremo el producto a secar, saliendo por el extremo opuesto. Dentro de este cilindro se encuentra una chapa perforada horizontal adonde es descargado el producto. Por las perforaciones de esta chapa circula el aire de secado en sentido vertical y hacia arriba, atravesando el producto y mantenindolo en suspensin mientras avanza hacia la descarga. El espesor de la capa formada vara de acuerdo con cada producto pero no debera superar los 15 cm, ya que espesores superiores son difciles de mantener en suspensin, la prdida de carga en el aire de secado es muy alta y cuesta homogeneizar el producto en el lecho.Los vibro-fluidizadores pueden tener varias secciones, y es comn que cuenten con dos secciones de secado por aire a diferentes temperaturas y otra de enfriamiento, en la que el producto alcanza una temperatura adecuada para almacenaje o envasado.Para aumentar la transferencia trmica y homogeneizacin del producto a la vez favorecer su avance dentro del equipo se utilizan moto-vibradores excntricos. A su vez, el equipo es montado sobre resortes amortiguadores. Al funcionar, el movimiento de los moto-vibradores sobre el equipo se traduce un una vibracin de alta frecuencia que remueve el producto en su interior. Esto, combinado con el efecto del aire de secado a travs de las placas perforadas colabora a mantener el producto en suspensin y homogeneizarlo adecuadamente.MARTILLO NEUMATICO Figura 1.18 El uso de martillos neumticos proporciona a los operadores de la planta la tranquilidad de que su producto fluir como lo planificado sin un flujo de producto repentino en exceso.El martillo neumtico est diseado para su montaje en cmaras de secado por aspersin, ciclones, ductos, y cualquier otro equipo de acero inoxidable de calibre delgado.El martillo es ideal, donde se requiere asistencia mecnica en forma de una corta duracin de la vibracin para liberar superficie de deposicin del producto. La vibracin necesaria se transfiere a la superficie metlica de calibre delgado a travs de una placa de tefln, que se ve afectado por una bola de alta velocidad "Delrin".El martillo neumtico est diseado para el funcionamiento de toda la vida, habiendo sido probado para funcionar continuamente durante perodos de ms de 1 milln de impactos sin mantenimiento.

Fig.1.19 Estructura de un martillo neumtico de la marca NIRO

MODO DE FUNCIONAMIENTO

Aire comprimido impulsa la pelota a la placa de impacto, que se mantiene en posicin por un resorte. La fuerza del impacto se transfiere a la superficie que requiere la vibracin para desalojar los depsitos. La frecuencia de impacto se ajusta la frecuencia del pulso de aire comprimido. Esto se lleva a cabo elctricamente utilizando una vlvula de solenoide. La fuerza del impacto es controlada por la presin del aire comprimido suministrado al martillo, adaptado por la vlvula de regulacin de presin. Fig. 1.20 Modo de funcionamiento de un Martillo Neumtico

V. CONCLUSIONES

El proceso de secado por atomizacin es utilizado ampliamente en diferentes sectores industriales para obtener materiales granulados con unas propiedades determinadas, a partir del secado de suspensiones. Cada aplicacin posterior del polvo atomizado requiere de una morfologa y una microestructura adecuadas para cada uso. Todos los estudios llevados a cabo han tenido por objetivo identificar qu condiciones del proceso dan lugar a grnulos esfricos o irregulares, huecos y con elevada porosidad o densos, y con buenas prestaciones mecnicas. Inicialmente se realizaron estudios en secaderos por atomizacin a escala, en los que se pudo comprobar la influencia de las condiciones del proceso en las propiedades medias del polvo atomizado. A partir de estos trabajos se pudo inferir que las propiedades ms importantes a tener en cuenta eran la temperatura del aire de secado, el tamao inicial de las gotas, el contenido en slidos de la suspensin y el tamao de partcula y estado de aglomeracin del material slido. Los resultados ms recientes establecen que se puede determinar la compacidad de los grnulos a partir de la cintica de secado, el tamao final del grnulo y la fraccin de empaquetamiento de los slidos contenidos en la suspensin. Con ello se puede identificar que variables interesa modificar con el fin de obtener el material granulado ptimo para una aplicacin concreta. El secado es un proceso de conservacin que permite eliminar una gran cantidad de agua del alimento impidiendo cualquier actividad microbiana o enzimtica que deteriore el producto. El proceso de secado surge debido a la necesidad de poder consumir alimentos que en cierta poca del ao no se cosechan o producen y que por su composicin qumica son susceptibles a descomponerse. En la actualidad los mtodos de secado desarrollados tienen gran auge tanto en la industria qumica y de transformacin como en la de alimentos.

El secado en 2 etapas combinan el secado por aspersin y el secado en lecho fluidizado. La ventaja aqu es que no toda la humedad es extrada en el paso de secado por aspersin. Esto permite utilizar una temperatura de salida ms baja.

En el interior del vibro fluidizador se produce una seleccin de tamao de partcula de la leche en polvo y se completa el proceso de secado . eliminar el exceso de humedad y reducir los costos del secado Comenzamos con una leche con 90 % de agua y al finalizar las dos etapas (secado por atomizacin , vibro fluidizador) , qued tan solo con un 3 % de humedad .

La funcin principal de la atomizacin es crear la mxima superficie, es decir cuando ms pequeas son las gotitas , mayor es la superficie y ms fcil se produce la evaporacin y la obtencin de una produccin de partculas con forma y tamao deseadas.

Como se puede apreciar el secado en 2 etapas (secado por aspersin conectado a un secador por lecho fluido es ms eficiente y se obtiene un producto con menor contenido de humedad. Aplicando este nuevo equipo (secador por lecho fluidizado), ser posible evaporar el ltimo contenido de humedad en el polvo de un modo suave. Esto significa que se puede operar el secador en una forma diferente de aquella descrita anteriormente, donde el polvo sala de la cmara con el contenido final de humedad.

VI. BIBLIOGRAFIA

Libros consultados ALBERT IBARZ OPERACIONES UNITARIAS EN LA INGENIERIA DE ALIMENTOS . Editorial Mundi-Prensa Madrid 2005 SHRI K. , STEVEN J. MULVANEY INGENIEIRA DE ALIMENTOS Operaciones unitarias y Practicas de Laboratorio.1era edicin , Editorial Limusa .CARLOS EDUARDO ORREGO ALZATE PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS.1er Edicin, Impreso en centro de publicaciones de la Universidad Nacional de Colombia , Marzo del 2003 A.CASP y J. ABRIL, PROCESO DE CONSERVACION DE ALIMENTOS 2da Edicin , Editorial Mundi-Prensa, Madrid 2003Pginas web consultadas