Secador por aspersión de leche entera: el aumento de caudal provoca apelmazamiento
En un secador por aspersión de leche entera se procesan 1 100 kg/h de concentrado al 45 % de sólidos con 18 000 kg/h de aire seco a 195 °C; la temperatura de salida es 88 °C, el polvo sale con 2.8 % de humedad (especificación ≤ 3.0 %) y solubilidad aceptable. Para cumplir el programa semanal se elevó la alimentación a 1 300 kg/h sin modificar el aire; la temperatura de salida cayó a 76 °C, la humedad del polvo subió a 4.6 % y, aunque el índice de insolubilidad sigue en 0.4 mL, a los 15 días de almacenamiento a 30 °C el producto presenta grumos duros y se apelmaza en la bolsa. Además hay depósito de polvo en la pared de la cámara y el ventilador de extracción opera en su límite.
1. Haga el balance de materia y energía para explicar la caída de temperatura de salida y la humedad fuera de especificación.
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Balance de materia. Sólidos = 1 100 × 0.45 = 495 kg/h; polvo = 495 / 0.965 = 513 kg/h; agua evaporada = 1 100 − 513 = 587 kg/h. Con 1 300 kg/h: sólidos = 585 kg/h; polvo = 606 kg/h; agua evaporada = 1 300 − 606 = 694 kg/h. Se deben evaporar ≈107 kg/h adicionales sin más aire.
Balance de energía. Calor disponible = 18 000 × 1.005 × (195 − 88) = 1.94 × 10^6 kJ/h, es decir ≈3 300 kJ por kg de agua en la condición base. Con 694 kg/h el salto de temperatura necesario sería 694 × 3 300 / (18 000 × 1.005) ≈ 126 °C, lo que daría una salida cercana a 69 °C; el valor observado (76 °C) es mayor por pérdidas y eficiencia, pero confirma la tendencia. Con menor temperatura de salida el aire no arrastra la humedad suficiente, el secado se queda incompleto y el polvo sale con 4.6 %: el problema no es la atomización sino que se pidió al equipo más evaporación de la que el aire permite.
2. Evalúe las alternativas para recuperar la temperatura de salida y recomiende una, considerando el daño térmico y los límites de equipo.
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Para volver a 88 °C con 1 300 kg/h haría falta una entrada de 88 + 126 ≈ 214 °C, por encima del límite del quemador (205 °C) y en zona de riesgo de daño térmico: pérdida de lisina disponible por reacción de Maillard, partículas quemadas y mayor ensuciamiento de la pared. Aumentar el caudal de aire choca con el ventilador, que ya opera en su límite.
La conclusión es que la capacidad del secador con entrada segura es cercana a los 1 100 kg/h: la alternativa viable es regresar el caudal de alimentación a la capacidad validada y resolver el programa por planeación (más horas, otra corrida o compra de polvo), no subiendo el caudal. Si se requiere capacidad, las opciones de fondo son invertir en área de calefacción y ventilación, instalar recuperación de calor o pasar a secado en dos etapas con reciclo de finos. Mientras tanto, controlar la temperatura de salida como variable crítica y registrar el caudal de alimentación como límite operativo.
3. Explique por qué el polvo con 4.6 % de humedad se apelmaza a los 15 días y qué acciones correctivas aplicaría.
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La leche en polvo tiene lactosa en estado amorfo; su temperatura de transición vítrea (Tg) depende fuertemente de la humedad. Con 2.8 % de humedad la Tg queda por encima de la temperatura de almacenamiento y el polvo es estable; al subir a 4.6 % la Tg cae por debajo de 30 °C, el polvo pasa al estado gomoso, la lactosa cristaliza, se libera agua y se forman puentes líquidos entre partículas que fraguan en grumos duros. El fenómeno aparece a los 15 días porque la cristalización es lenta, y se agrava si la bolsa no es buena barrera al vapor.
Acciones: devolver la humedad a ≤3.0 % (lo que implica el caudal correcto y la temperatura de salida objetivo), enfriar el polvo antes de envasar, verificar la integridad y barrera de la bolsa, y controlar la temperatura de almacén. Para el producto ya empacado, evaluar si el apelmazamiento es reversible con agitación; si hay grumos duros, no liberar como polvo instantáneo. Además, corregir el depósito en pared con martillos neumáticos o ajuste del atomizador, porque ese polvo retenido tiene alta humedad y puede caer como material sobreprocesado.