Del laboratorio a la sala blanca: Validar antes de Escalar

Un caso práctico de secado al vacío demuestra cómo los ensayos con producto real permiten definir y optimizar el proceso antes de fabricar el equipo industrial

En un proceso de secado industrial, demostrar que un producto puede secarse al vacío es solo el primer paso. Para diseñar correctamente una instalación es necesario conocer cómo se comportará durante el proceso, cuánto tiempo necesitará para alcanzar la humedad requerida y qué condiciones de presión, temperatura y agitación permitirán obtener el mismo resultado de manera repetible. Cuando el equipo debe instalarse además en una sala blanca, estos aspectos adquieren todavía mayor importancia, ya que el proceso debe combinar eficiencia con unas condiciones adecuadas de limpieza, contención y reproducibilidad.
Una forma de reducir las incertidumbres asociadas al diseño y al escalado consiste en realizar ensayos previos con producto real. Este fue el planteamiento seguido en un proyecto desarrollado en nuestro Test Center, donde se estudió el secado de un sólido para la industria química utilizando un secador horizontal al vacío de paletas SANIDRY. El objetivo no era únicamente comprobar si el producto podía alcanzar la humedad final requerida, sino conocer su comportamiento durante todo el ciclo y obtener datos que posteriormente pudieran utilizarse para diseñar el equipo industrial.
El reto: reducir la humedad de forma eficiente y controlada
El producto presentaba una humedad inicial del 7,15 % y requería alcanzar un contenido residual inferior al 0,5 %, sin superar una temperatura concreta. Para estudiar el proceso se utilizó un SANIDRY SHV-200, un secador horizontal al vacío de 200 litros equipado con un sistema de agitación de baja velocidad. El funcionamiento del secado al vacío se basa en un principio conocido: al reducir la presión disminuye la temperatura de ebullición del líquido que humecta el sólido. De esta forma es posible reducir la humedad sin necesidad de someter el producto a temperaturas excesivamente elevadas. Al mismo tiempo, la agitación renueva continuamente el material en contacto con las superficies calefactadas, favoreciendo la transferencia térmica y el secado homogéneo del sólido.
Sin embargo, el comportamiento real de un producto no puede determinarse únicamente a partir de cálculos teóricos. Factores como la densidad aparente, el grado de llenado, la tendencia a formar aglomerados o adherirse a las superficies, la facilidad de descarga o la propia evolución de la humedad pueden modificar significativamente el proceso. Por este motivo, los ensayos se plantearon con diferentes condiciones de operación para identificar una ventana de trabajo adecuada antes de abordar el escalado.
El efecto del vacío sobre el proceso
Uno de los principales parámetros estudiados fue el nivel de vacío. Durante las pruebas se trabajó a diferentes presiones absolutas para evaluar la relación real entre la presión, el tiempo de secado y la temperatura del producto durante el mismo.
A 310 mbar fueron necesarios aproximadamente 45 minutos antes de observar una condensación significativa, ya que primero el producto debe calentarse hasta alcanzar el punto de ebullición del solvente a la presión de operación. Al aumentar progresivamente el nivel de vacío, este tiempo se redujo de forma considerable y, trabajando a 100 mbar, la aparición de condensado se produjo después de aproximadamente 16 minutos. El cambio de 45 a 16 minutos permitió confirmar experimentalmente cómo una presión más baja reducía la fase inicial de calentamiento y aceleraba la eliminación efectiva de humedad, reduciendo el tiempo total del lote.
Los resultados finales confirmaron además la eficacia del proceso. En las condiciones optimizadas, el producto pasó de una humedad inicial del 7,15 % a aproximadamente un 0,20 %, con un tiempo de secado inferior a dos horas. Más allá del valor final alcanzado, la prueba permitió identificar las condiciones de presión y temperatura con las que el producto presentaba un comportamiento adecuado y, por tanto, establecer una base experimental para el diseño posterior.
Este punto resulta especialmente importante en un proyecto industrial. En lugar de dimensionar el futuro equipo únicamente a partir de estimaciones o datos bibliográficos, es posible hacerlo conociendo previamente cómo responde el producto real bajo condiciones controladas de vacío, temperatura y agitación.
Mucho más que medir la humedad final
Una prueba de secado aporta información que va mucho más allá de comprobar la humedad de una muestra al finalizar el ciclo. Durante los ensayos también se analiza la evolución del comportamiento del producto: cómo se mueve dentro del secador, si aparecen aglomeraciones o adherencias, cómo cambia su consistencia a medida que pierde humedad y qué comportamiento presenta durante la descarga.
Estas observaciones son especialmente útiles porque algunos de estos fenómenos son difíciles de prever a partir de una ficha técnica. Dos productos con características aparentemente similares pueden comportarse de forma muy diferente cuando se someten simultáneamente a vacío, temperatura y agitación. Poder observar estos fenómenos a escala piloto permite definir mejor las condiciones de agitación y descarga, así como establecer una estrategia de limpieza adaptada al comportamiento real del producto.
Los ensayos permiten también verificar la idoneidad de los materiales que estarán en contacto con el producto y sus vapores. La selección de materiales para el equipo industrial puede realizarse así teniendo en cuenta las condiciones reales del proceso y no solamente la composición teórica del producto. Este conocimiento previo es especialmente relevante en instalaciones para sala blanca, donde el diseño higiénico, la facilidad de limpieza y la correcta selección de los componentes forman parte integral del proceso.
Del ensayo al control del proceso
Otro de los objetivos de las pruebas fue comprender mejor cómo determinar el punto final del secado. En una instalación industrial, utilizar únicamente un tiempo fijo puede no ser suficiente, ya que pequeñas variaciones entre lotes pueden modificar la evolución del proceso. Por ello, además de medir la humedad final, resulta útil analizar variables como la presión, la temperatura del producto y la generación de condensado.
Durante el secado, una parte importante de la energía suministrada se utiliza inicialmente para evaporar la humedad presente en el sólido. A medida que esta humedad disminuye, también lo hace la generación de condensado y cambia progresivamente la transferencia de calor del producto. El seguimiento conjunto de estas variables permite entender cuándo el proceso se aproxima a su punto final y proporciona una base para desarrollar posteriormente una estrategia de control más robusta a escala industrial.
La humedad final puede confirmarse mediante el método analítico correspondiente, pero disponer además de indicadores de proceso permite aumentar la reproducibilidad entre lotes. De esta forma, los resultados obtenidos en el Test Center no se limitan a definir unas condiciones de secado, sino que contribuyen también a establecer cómo deberán monitorizarse esas condiciones en producción.
Del SANIDRY de pruebas al equipo industrial
Una vez caracterizado el comportamiento del producto, el siguiente paso es trasladar el proceso a una capacidad superior. El escalado de un secador al vacío no consiste simplemente en aumentar proporcionalmente el volumen del recipiente, ya que deben mantenerse unas relaciones adecuadas entre la cantidad de producto, la superficie de intercambio térmico, la potencia disponible, el nivel de vacío, el grado de llenado y el sistema de agitación.
Los datos obtenidos durante los ensayos permiten realizar este trabajo sobre una base experimental. Se conoce la humedad que debe eliminarse, las condiciones en las que se produce la evaporación, el comportamiento físico del producto y las variables que influyen sobre el resultado. A partir de esta información pueden dimensionarse el sistema de calefacción, el sistema de vacío y los principales elementos del equipo industrial para reproducir las condiciones que han demostrado funcionar durante las pruebas.
Este enfoque cobra especial importancia en equipos destinados a salas blancas. Además del rendimiento del secado, el diseño debe contemplar aspectos como la facilidad de limpieza, las superficies en contacto con producto, la filtración, la descarga controlada y la integración del equipo con el entorno productivo. Haber trabajado previamente con el producto permite incorporar estos requisitos desde la fase de ingeniería y adaptar el diseño del SANIDRY a las necesidades concretas del proceso.
Validar primero para escalar con seguridad
El ensayo realizado en el Test Center permitió demostrar que el producto podía reducir su humedad desde el 7,15 % hasta aproximadamente el 0,2 %, identificar unas condiciones adecuadas de presión y temperatura y conocer su comportamiento durante las distintas fases del secado. Con esta información, el diseño del futuro equipo industrial se pudo abordar a partir de datos empíricos, reduciendo así la incertidumbre de trabajar sobre una hipótesis teórica, que puede no tener en cuenta perturbaciones del proceso, o cambios de comportamiento del producto, difíciles de estimar sin un contacto real con el mismo.
Este es precisamente uno de los principales valores de la experimentación previa al escalado. Un Test Center no sirve únicamente para comprobar si un determinado producto puede procesarse en un equipo, sino para entender cómo debe procesarse y qué características deberá tener la instalación industrial para reproducir posteriormente ese resultado.
De esta forma, las principales variables del proceso pueden estudiarse antes de fabricar la máquina definitiva, reduciendo incertidumbres durante el escalado y facilitando una puesta en marcha más predecible. El producto ha sido ensayado, las condiciones de operación han sido definidas y los parámetros críticos han sido identificados. A partir de ese conocimiento, el equipo industrial puede diseñarse para reproducir un proceso que ya ha demostrado su viabilidad.