¿Qué funciones de eficiencia energética (p. ej., tiempos de proceso cortos, bajo consumo específico de energía) son estándar en los mezcladores industriales modernos?
El consumo de energía de un mezclador industrial no viene determinado tanto por características de equipamiento individuales como por la combinación adecuada de principio de mezclado, accionamiento, conducción del proceso y periferia de la instalación. Los mezcladores modernos pueden reducir la energía por lote o por tonelada de producto si alcanzan la calidad de mezcla exigida con el tiempo de proceso más corto posible y sin un aporte de potencia superfluo. Sin embargo, los valores característicos alcanzables dependen en gran medida del producto, el grado de llenado, la tarea de mezclado, la viscosidad, la temperatura y el esfuerzo de limpieza.
Entre las medidas hoy ampliamente extendidas se encuentran los motores eléctricos eficientes y los accionamientos regulados por frecuencia. Los motores con altos rendimientos reducen las pérdidas eléctricas. Los convertidores de frecuencia permiten un arranque suave controlado y la adaptación de la velocidad de giro al grado de llenado, a las propiedades del producto y a la fase del proceso. Gracias a ello, la instalación puede funcionar, por ejemplo durante el llenado, el mezclado, el vaciado o la limpieza, con la velocidad de giro requerida en cada caso.
Los accionamientos directos pueden reducir las pérdidas mecánicas en aplicaciones concretas. Sin embargo, no son automáticamente más eficientes que un motorreductor de alta calidad. La mejor solución depende de la velocidad de giro, el par, el perfil de carga, los requisitos de mantenimiento y el tipo constructivo del mezclador. También la recuperación de energía de frenado solo es económicamente relevante en determinados accionamientos dinámicos con frenados frecuentes.
Un factor esencial es la geometría de la herramienta de mezclado. Unas herramientas bien diseñadas generan el movimiento de producto necesario para la tarea de mezclado sin provocar fricción innecesaria, una elevada solicitación de cizalla o zonas sin movimiento. Los análisis digitales de flujo y los ensayos de mezclado pueden apoyar el dimensionado. Sin embargo, no sustituyen la comprobación con el producto real.
Un tiempo de mezclado corto puede reducir el consumo de energía por lote, siempre que se alcance con seguridad la calidad de mezcla exigida. Un aporte de potencia elevado o una velocidad de giro muy alta no siempre son convenientes. En el caso de productos a granel sensibles o de libre fluidez, un sistema de mezclado de funcionamiento lento con una recirculación general eficiente puede resultar energéticamente más favorable que un procedimiento muy intensivo. En cambio, con polvos cohesivos, aglomerados o masas de alta viscosidad puede ser necesario un mayor aporte de energía.
Una buena capacidad de vaciado también puede ahorrar energía y recursos. Cuando el mezclador se vacía con cantidades residuales reducidas, disminuyen las pérdidas de producto, el esfuerzo de limpieza y, en su caso, la necesidad de tratamiento posterior. Los órganos de salida con pocos espacios muertos, unas superficies de producto bien accesibles y una geometría de recipiente adecuada favorecen este efecto.
La automatización ofrece un potencial de ahorro adicional. El registro del par, la potencia, la velocidad de giro, la temperatura, la presión o el vacío hace transparente el proceso. Los programas de formulación pueden controlar de forma reproducible los perfiles de velocidad de giro, los tiempos de mezclado y las secuencias de dosificación. Una detección automática del punto final puede evitar un mezclado excesivo, siempre que se disponga de señales de proceso adecuadas y significativas. Sin embargo, en muchos procesos con polvos el punto final del mezclado no es directamente medible y debe asegurarse mediante ensayos, tiempos de mezclado validados o análisis por muestreo.
La monitorización energética permite la evaluación continua de los consumos por lote, por kilogramo de producto o por paso de proceso. Solo la comparación de lotes similares en condiciones comparables muestra si la necesidad de energía cambia. Un aumento del consumo de potencia o unos tiempos de mezclado más largos pueden indicar adherencias, desgaste, materias primas distintas o ajustes inadecuados. Una gestión de la energía conforme a la norma ISO 50001 puede apoyar el registro y la mejora sistemáticos de estos indicadores.
En los mezcladores calefactados, refrigerados o de funcionamiento al vacío, el concepto térmico gana importancia. Los recipientes aislados, unas geometrías de doble camisa adecuadas y una termorregulación ajustada a la necesidad reducen las pérdidas de calor y mejoran la transmisión de calor. La recuperación de calor procedente del aire de escape o de los circuitos de refrigeración puede ser razonable, pero no es una función estándar de todos los mezcladores.
En los secadores-mezcladores de vacío, el vacío reduce el punto de ebullición del disolvente o del agua. De ese modo se puede secar a temperaturas de producto más bajas. Sin embargo, la necesidad total de energía térmica no disminuye automáticamente, porque la evaporación, la generación de vacío, la condensación y las pérdidas de calor deben considerarse conjuntamente.
La integración de varios pasos de proceso en un solo aparato puede ser especialmente eficaz. Cuando el mezclado, el secado, el enfriamiento, la reacción o la granulación se realizan sin trasvase, se eliminan las pérdidas de transferencia, los aparatos adicionales y, en parte, también pasos de limpieza. Si esto resulta ventajoso desde el punto de vista energético debe evaluarse para todo el proceso y no solo para el mezclador individual.
Por ello, se consideran bases modernas los accionamientos dimensionados de forma eficiente, el control de velocidad de giro variable, las herramientas de mezclado adaptadas al producto, una buena capacidad de vaciado, los programas de formulación reproducibles y una monitorización energética transparente. Los mayores ahorros no suelen producirse por una única característica, sino por el diseño adecuado de todo el proceso de mezclado.
Así evalúa amixon® la eficiencia energética, el TCO y la amortización de un mezclador industrial
La rentabilidad de un mezclador industrial no viene determinada únicamente por el consumo de potencia del accionamiento. Lo decisivo es el coste total de propiedad a lo largo de la vida útil prevista. A ello pertenecen la inversión, la energía, las pérdidas de producto, los tiempos de limpieza y de cambio, el mantenimiento, los repuestos, el gasto de personal, los riesgos de parada, así como la posible vida útil de la instalación.
amixon® analiza estos factores junto con el explotador. Los valores generales de consumo específico de energía por tonelada de producto son solo limitadamente significativos. La necesidad real de energía depende, entre otros factores, de la receta, el tamaño de lote, el grado de llenado, el tiempo de mezclado, el estado del producto y el aporte de energía requerido. Por ello, el consumo de energía y el tiempo de mezclado deben determinarse con el producto original en el centro de ensayos.
Energía mediante un movimiento de mezclado adecuado
Los mezcladores amixon® trabajan, según el tipo constructivo y la tarea de mezclado, con velocidades periféricas bajas. Un movimiento de giro lento puede reducir la fricción, la solicitación por impacto y las cargas dinámicas. Esto resulta especialmente ventajoso con polvos sensibles o de libre fluidez, cuando una recirculación general cuidadosa alcanza la calidad de mezcla exigida con un bajo aporte de energía.
Un desarrollo reciente importante es el silo mezclador Gyraton®. Está diseñado para lotes grandes y puede procesar volúmenes de mezcla de hasta unos 100 metros cúbicos. El principio de mezclado combina un movimiento de producto de gran volumen con una potencia de accionamiento instalada especialmente baja. Con ello, incluso en lotes grandes puede lograrse una necesidad de energía comparativamente reducida. Sin embargo, el consumo específico de energía real sigue dependiendo del producto, el grado de llenado, la duración del mezclado y el rendimiento exigido.
Los tiempos de mezclado cortos pueden mejorar la energía por lote y el tiempo productivo de la instalación. En los mezcladores HM, la homogeneización se apoya mediante corrientes de mezclado superpuestas. El tiempo de mezclado necesario debe determinarse en ensayo para cada producto y fijarse para el funcionamiento posterior.
Pérdida de producto y tiempos de cambio
En el caso de recetas de alto valor o críticas, las cantidades residuales y los tiempos de limpieza tienen una influencia considerable en la rentabilidad. Una buena capacidad de vaciado reduce las pérdidas de producto, simplifica los cambios de lote y puede reducir la necesidad de limpiezas exhaustivas.
Otro desarrollo reciente de amixon® es el concepto de salida KoneSlid®. Permite un vaciado rápido y extenso del mezclador. El corto tiempo de descarga puede acelerar el proceso siguiente y reducir el riesgo de segregación durante el vaciado. Los elementos ComDisc® pueden apoyar adicionalmente el vaciado residual.
El grado de vaciado realmente alcanzable depende del producto. La estructura de las partículas, la humedad, la cohesión, el peso a granel y la tendencia a la adherencia influyen en la cantidad residual que queda. Por ello, los datos relevantes para la amortización deben verificarse con el respectivo producto original.
Las cámaras de mezclado con pocos espacios muertos y unas superficies en contacto con el producto bien accesibles favorecen una limpieza rápida. Con ello pueden reducirse los tiempos de cambio y aumentar el tiempo de instalación aprovechable de forma productiva. El efecto económico se manifiesta especialmente en los cambios de producto frecuentes, los lotes pequeños y las exigencias de limpieza elevadas.
Mantenimiento y vida útil
El órgano mezclador, apoyado exclusivamente en la parte superior, evita un paso de eje inferior en contacto con el producto. En combinación con una construcción robusta y de baja velocidad, esto puede reducir el esfuerzo de mantenimiento y los posibles puntos de desgaste. Muchas instalaciones amixon® se operan durante largos periodos y, en caso necesario, se modernizan o se reequipan.
Las piezas de desgaste críticas pueden suministrarse ya con la primera entrega. La disponibilidad a largo plazo de la documentación de diseño y de la información de fabricación favorece la identificación, la evaluación y, en su caso, la refabricación de repuestos. Esto puede prolongar la vida útil de la instalación y limitar los tiempos de parada no planificados.
Datos fiables en lugar de valores característicos generales
Para un cálculo de ROI o de amortización, amixon® determina en el centro de ensayos datos específicos del producto. Estos pueden incluir el tiempo de mezclado, el consumo de energía, la capacidad de vaciado, la protección del producto, el esfuerzo de limpieza y el tiempo de cambio. Los ensayos se realizan con el producto original y con grados de llenado, tamaños de lote, así como condiciones de temperatura y de presión lo más realistas posible.
En el centro de ensayos de amixon® en Paderborn hay disponibles más de 30 instalaciones de prueba de distintos tamaños. Adicionalmente existen centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y los Estados Unidos. Los resultados de los ensayos se documentan y sirven de base para el dimensionado técnico y la evaluación económica de la planta de mezclado.
Por ello, amixon® no evalúa la eficiencia energética de forma aislada como el consumo eléctrico del accionamiento. En el centro está el proceso global compuesto por el tiempo de mezclado, la pérdida de producto, el esfuerzo de limpieza, el mantenimiento, la disponibilidad de la instalación y la utilización a largo plazo. Con desarrollos como el concepto de salida KoneSlid® y el silo mezclador Gyraton®, amixon® combina un vaciado rápido y extenso con un mezclado energéticamente eficiente de lotes grandes.