Un secador de lecho fluidizado (FBD) funciona soplando aire caliente hacia arriba a través de un lecho de gránulos húmedos hasta que las partículas se elevan y flotan en la corriente de aire. Es una idea sencilla. Sin embargo, implica mucho más equipamiento del que cabría pensar.

A continuación te presentamos los nombres de todas las piezas principales de un secador de lecho fluidizado que debes conocer, para qué sirve cada una y qué problemas pueden surgir con ellas.

1. Unidad de tratamiento de aire (AHU)

La unidad de tratamiento de aire (AHU) se encuentra fuera del cuerpo principal de la secadora. Aspira aire de la habitación, lo purifica mediante filtros, lo hace pasar por un calentador y lo impulsa hacia el interior de la secadora. Algunas unidades también eliminan la humedad del aire antes de que este entre en la secadora.

La primera etapa consiste en un prefiltro, normalmente de clase G4. Retiene el polvo grueso y los residuos del aire de la planta. La segunda etapa es un filtro más fino, de clase F7 o HEPA, dependiendo de la aplicación. Las máquinas farmacéuticas utilizan casi siempre filtros HEPA. Los filtros obstruidos restringen el flujo de aire y los lotes tardan mucho más en secarse.

A continuación viene la sección del calentador. Las máquinas de producción más grandes funcionan con serpentines de vapor. Las unidades de laboratorio utilizan calentadores eléctricos. Los serpentines de vapor pueden presentar fugas y, cuando eso ocurre, se está inyectando vapor húmedo en el aire que se supone que debe estar seco. Una situación complicada.

Algunas unidades de tratamiento de aire (AHU) también cuentan con un sistema de deshumidificación para productos sensibles a la humedad. ¿La temporada del monzón sin deshumidificación? Ni hablar. El aire de entrada ya llega empapado y el secado tarda el doble de tiempo.

Los manómetros de presión diferencial instalados en los filtros indican cuándo estos se están ensuciando. Si se ignoran durante demasiado tiempo, los lotes empiezan a procesarse más lentamente. La gente culpa al producto o a la receta antes de que a nadie se le ocurra comprobar el manómetro del filtro.

Las compuertas del interior de la unidad de tratamiento de aire (AHU) regulan la entrada de aire fresco frente al aire recirculado. Estos actuadores se atascan si permanecen en una misma posición durante demasiado tiempo o si se oxidan. Si una compuerta se atasca, esto significa que o bien se está introduciendo aire húmedo de la planta que no se desea, o bien se está recirculando aire que ya está cargado de humedad del ciclo anterior.

2. Conducto de aire de admisión y válvula de mariposa

Un sistema de conductos de acero inoxidable conecta la unidad de tratamiento de aire (AHU) a la base de la secadora. Una válvula de mariposa situada en el conducto controla el flujo de aire y es también la que interrumpe por completo el suministro de aire entre un lote y otro.

El actuador neumático o eléctrico de la válvula la abre y la cierra en función de las señales del PLC. Las juntas del actuador se desgastan. La válvula no se cierra del todo. El aire se cuela durante la carga y esparce el producto por toda la sala.

Las uniones de los conductos pueden presentar fugas en los puntos donde se colocan las juntas. No siempre son evidentes. Incluso una pequeña rendija permite que entre aire sin filtrar de la planta en el sistema. En el sector farmacéutico, eso supone un problema de contaminación que nadie quiere tener que explicar durante una auditoría.

El aislamiento de los conductos se deteriora debido a los cambios de temperatura y a los golpes que reciben. Los conductos sin aislar y calientes suponen un riesgo de quemaduras y suponen un desperdicio de energía. Repara las secciones dañadas antes de que alguien resulte herido.

3. Cámara de admisión de aire

La cámara de distribución se encuentra en la base de la secadora. El aire caliente se acumula aquí antes de ascender a través de la placa de distribución. Su función es distribuir ese aire de manera uniforme. Si un lado recibe más aire que el otro, la mitad del lecho se seca, mientras que la otra mitad permanece húmeda.

Los puntos muertos provocados por abolladuras o acumulaciones en el interior de la cámara de distribución alteran la distribución del aire. Algunas zonas del lecho reciben un chorro muy intenso, mientras que otras apenas se fluidifican. Esto da lugar a resultados desiguales en el LOD que no cumplen con las especificaciones.

El diseño de la cámara de distribución varía según el fabricante. Algunas tienen forma cónica, otras son planas. En las máquinas más antiguas, la cámara de distribución no es desmontable, por lo que para limpiarla hay que introducir la mano a través de los orificios de acceso. Es una tarea incómoda y fácil de hacer mal. Los diseños más recientes permiten desmontar la cámara de distribución para facilitar su limpieza.

4. Placa de distribución de aire

Esta es la placa perforada que se encuentra entre la cámara de distribución y el recipiente del producto. El aire caliente asciende a través de los orificios y eleva los gránulos hasta ponerlos en estado fluidizado.

El tamaño y la disposición de los orificios son importantes. Si son demasiado grandes, el producto se cae por ellos. Si son demasiado pequeños, aumenta la resistencia al flujo de aire, lo que reduce la fluidización. Las placas se dimensionan en función del producto que se vaya a secar.

Las placas de malla metálica, las placas perforadas de acero inoxidable y las placas direccionales son los tres tipos más habituales. La malla metálica ofrece la mayor superficie abierta, pero se desgasta más rápido. Las placas perforadas de acero inoxidable duran más tiempo. Las placas direccionales impulsan el aire en ángulo para crear un movimiento giratorio en el lecho.

Mantén la placa limpia. Los orificios obstruidos reducen el flujo de aire en ese punto y provocan un contenido de humedad irregular en el lote. En algunas operaciones se utilizan placas diferentes para cada producto. Etiquétalas y guárdalas con cuidado, ya que una placa doblada no queda plana y crea huecos de aire alrededor de los bordes.

5. Envase del producto (cuenco)

El recipiente es donde se colocan los gránulos húmedos. Tiene forma de cono truncado. Es más ancho en la parte superior y más estrecho en la inferior. Esa forma cónica permite que el lecho se expanda hacia arriba cuando se activa el flujo de aire.

Cada recipiente se desplaza sobre un carro con ruedas, de modo que puede introducirse desde la sala de granulación, fijarse a la base del secador y retirarse una vez finalizado el lote.

Las ruedas, las ruedas giratorias y el mecanismo de bloqueo se desgastan con el uso diario. Un carrito inestable dificulta más de lo necesario la colocación del cuenco en su sitio.

Una junta de silicona inflable rodea el borde de la cubeta. Cuando se infla, ejerce presión contra la base de la secadora y sella todo de forma hermética. Esa junta soporta un uso intensivo. Se comprime miles de veces, acumula residuos del producto y, con el tiempo, se agrieta o pierde su capacidad para inflarse por completo.

En cuanto esa junta empieza a tener fugas, el producto se escapa de la zona de secado o entra aire del exterior. En cualquier caso, el lote queda comprometido.

La mayoría de las instalaciones cuentan con varias cubetas. Mientras una se seca, se carga la otra. Las cubetas abolladas o deformadas por un manejo brusco no encajarán correctamente. La junta no puede sellar contra un borde que ya no es redondo. Comprueba el estado de las cubetas con regularidad.

6. Cámara de expansión

Por encima del depósito del producto se encuentra la cámara de expansión, también denominada «cámara de ralentización» en algunas máquinas. Esta reduce la velocidad del aire para que las partículas finas no sean arrastradas hacia los filtros.

Sin ella, los gránulos más ligeros saldrían disparados directamente hacia las bolsas filtrantes y se perderían del lote. La cámara de expansión proporciona al aire más espacio para expandirse, lo que reduce la velocidad y permite que esas partículas finas vuelvan a caer al lecho.

Se conecta a la cubeta situada debajo y a la carcasa del filtro situada arriba mediante juntas inflables en cada unión. Presenta los mismos problemas de desgaste de las juntas que la junta de la cubeta.

En algunas máquinas, la cámara de expansión cuenta con una mirilla que permite a los operarios observar la bandeja durante el secado. Las ventanas se empañan con la película del producto y es necesario limpiarlas entre un lote y otro.

7. Bolsas filtrantes

Las bolsas filtrantes se colocan en la parte superior del secador y retienen las partículas finas que la cámara de expansión no ha conseguido hacer caer de nuevo. Sin ellas, aumenta la pérdida de producto y el aire de escape transporta polvo a la planta.

Los filtros de mangas son el diseño tradicional. Consisten en largas mangas de tela que cuelgan de un bastidor. El aire pasa a través de la tela, las partículas finas se acumulan en la superficie exterior y un sistema de sacudida mecánica las desprende periódicamente para que caigan de nuevo al lecho.

Los filtros de cartucho son la alternativa más moderna. Son más fáciles de limpiar, ofrecen una mejor contención y no requieren sacudidas mecánicas. En su lugar, se limpian mediante pulsos de aire comprimido. Son más caros inicialmente, pero requieren menos mantenimiento.

El tejido del filtro se desgasta debido al flujo constante de aire y a las sacudidas. Se forman agujeros. Los más pequeños son difíciles de detectar a simple vista, pero se notan por la pérdida de producto o la presencia de partículas finas en los gases de escape. Realiza una prueba de mantenimiento de presión entre campañas para comprobar su integridad.

Cuando los filtros se obstruyen y nadie se da cuenta, la presión aumenta en el interior de la cámara. Esto supone un riesgo para la seguridad. Es necesario supervisar la presión diferencial a través de los filtros durante cada ciclo de funcionamiento.

Los mecanismos de agitación de los sistemas de bolsas de dedos cuentan con sus propias piezas de desgaste. Los árboles de levas, los cojinetes y las bielas que impulsan el movimiento de agitación sufren fatiga debido a los ciclos constantes. Cuando la agitación pierde intensidad, las partículas finas se acumulan en las bolsas y obstruyen el flujo de aire.

8. Ventilador de extracción

El ventilador de extracción está en la parte superior y es el que se encarga de todo el aspirado. Todo el aire que circula por la secadora lo hace gracias a este ventilador. Si se apaga el ventilador, toda la máquina no es más que una caja caliente con polvo húmedo dentro.

La velocidad del ventilador determina la rapidez con la que el aire circula por el lecho. Si es demasiado lenta, el lecho no se fluidiza. Si es demasiado rápida, el producto es arrastrado hacia los filtros. El variador de frecuencia (VFD) del motor permite a los operarios ajustar la velocidad adecuada para cada producto.

Los cojinetes del ventilador se desgastan y empiezan a vibrar. Los devanados del motor pueden quemarse si los filtros se obstruyen y se acumula contrapresión. Las aspas del ventilador acumulan una capa de producto que altera el equilibrio.

También hay que prestar atención a los conductos de extracción situados entre el ventilador y el exterior del edificio. La acumulación de residuos en el interior del conducto de extracción limita el flujo de aire de la misma forma que un filtro obstruido. Retira las tapas de los conductos e inspecciona su estado al menos una vez al año.

9. Sistema de pulverización (para la granulación por pulverización superior)

No todos los secadores de lecho fluidizado cuentan con esta característica. Los modelos que se utilizan para la granulación o el recubrimiento incluyen un sistema de pulverización instalado en el interior de la cámara de expansión.

El sistema consta de una bomba peristáltica (a veces una bomba de engranajes), tubos y una boquilla pulverizadora. La solución aglutinante se impulsa desde un depósito de almacenamiento a través de los tubos y sale por la punta de la boquilla. El aire comprimido que sale por la boquilla fragmenta el líquido en diminutas gotas que impactan contra el lecho fluidizado.

El tamaño de las gotas es determinante para el éxito o el fracaso de la granulación. Si son demasiado grandes, se forman grumos húmedos; si son demasiado finas, el aglutinante se seca antes de poder unir nada.

Las puntas de las boquillas se desgastan debido a las soluciones de aglutinantes abrasivas. Una boquilla desgastada pulveriza de forma irregular y se forman grumos en lugar de aglomerados uniformes. Los tubos de la bomba se desgastan por la acción de compresión constante de las bombas peristálticas. Cuando se adelgazan, el caudal disminuye.

Las tapas de aire de la boquilla controlan el patrón de pulverización. Si las tapas de aire están dañadas u obstruidas, la pulverización resulta desigual y moja más un lado del lecho que el otro. Limpia el conjunto de la boquilla entre cada lote. Es un paso que se suele pasar por alto con más frecuencia de la que debería.

10. Panel de control y sensores

El PLC se encarga de todo. Temperatura del aire de entrada, temperatura de los gases de escape, temperatura del producto, velocidad del ventilador, intervalo de sacudida del filtro, caudal de pulverización. Todo ello se controla y se registra desde el panel.

Los sensores de temperatura (RTD o termopares) se encuentran en el conducto de entrada, en el conducto de salida y, en ocasiones, en el lecho del producto. Unos sensores defectuosos proporcionan datos erróneos y el PLC toma decisiones basándose en esos datos. Si el sensor de temperatura de entrada indica un valor bajo, el calentador se pone a toda potencia y el producto se sobrecalienta.

Los sensores de presión y los transmisores de presión diferencial controlan el flujo de aire a través de los filtros, el lecho de producto y la cámara de distribución. Cuando estos se desvían o fallan, los operarios pierden la visibilidad de lo que ocurre en el interior.

Los paneles HMI con pantalla táctil se ven sometidos a un uso intensivo a diario: el polvo de los productos, los productos químicos de limpieza y la presión excesiva de los operarios. Las unidades más antiguas cuentan con paneles de membrana que se agrietan y dejan de responder. En el sector farmacéutico, todos los sensores se someten a validación y la calibración se realiza siguiendo un calendario estricto. Saltarse este proceso provoca desviaciones que se acumulan a lo largo de todo el registro del lote.

11. Sistemas de ventilación en caso de explosión y de seguridad

Disolventes orgánicos y polvos finos en un entorno con aire caliente. Eso supone un riesgo de explosión. Los secadores de lecho fluidizado que manipulan estos materiales necesitan paneles de alivio de presión y, en ocasiones, sistemas de extinción.

Los discos de ruptura o paneles de explosión se rompen a una presión determinada para descargar la fuerza de forma segura. Están diseñados para fallar antes que el recipiente. Una vez que se rompen, hay que sustituirlos. Es importante disponer de repuestos en las instalaciones, ya que no se puede hacer funcionar el secador sin ellos.

La inertización con nitrógeno reduce el oxígeno en el interior del secador por debajo del límite de explosividad. Los reguladores de suministro de gas, los caudalímetros y los sensores de oxígeno forman parte de este sistema. Los sensores de oxígeno sufren desviaciones y necesitan calibración. Un sensor que marca 2% cuando el nivel real es de 5% anula por completo el objetivo de la inertización.

La conexión a tierra de la máquina y los conductos es otro aspecto de seguridad que la gente suele pasar por alto. Las partículas del producto, al rozarse entre sí y contra las paredes, generan carga estática. Sin una conexión a tierra adecuada, basta con una chispa en un ambiente cargado de disolventes.

Los dispositivos de bloqueo impiden que la secadora se ponga en marcha si no se cumplen las condiciones de seguridad. Bloqueos de la puerta, bloqueos por presión del filtro, alarmas de temperatura elevada. Cuando un dispositivo de bloqueo se activa repetidamente, hay que buscar la causa raíz en lugar de limitarse a reiniciarlo. Eso significa que el dispositivo de bloqueo está cumpliendo su función.

Conclusión

Esto abarca todos los nombres de las principales piezas de un secador de lecho fluidizado, desde la unidad de tratamiento de aire (AHU) hasta el ventilador de extracción y los sistemas de seguridad. Estas máquinas cuentan con numerosas piezas, y todas ellas influyen en el rendimiento del secado, la calidad del producto y la seguridad del operario.

Las bolsas filtrantes, las juntas inflables, las boquillas pulverizadoras y los sensores de temperatura son los que se agotan más rápido. Haz acopio de ellos. El resto lo puedes pedir cuando lo necesites.