Un escalado fiable de los procesos de mezclado de productos pulverulentos exige una planificación sistemática de los ensayos que tenga en cuenta la semejanza geométrica, cinemática y dinámica entre las escalas de laboratorio, piloto y producción. El objetivo es la transferencia reproducible del tiempo de mezclado, del grado de llenado y de la velocidad de giro de la herramienta, de modo que se conserven la calidad de mezcla, la homogeneidad y la protección del producto.

Principios básicos y criterios de escalado

Al principio se fijan los parámetros de proceso críticos y el objetivo de mezclado dominante, por ejemplo la homogeneización, la seguridad frente a la segregación, la protección del producto o el vaciado residual. Sobre esa base se decide qué magnitud se mantiene preferentemente constante en el escalado, por ejemplo la velocidad periférica, el número de Froude o, en los casos adecuados, un enfoque referido a la energía.

El número de Froude se refiere a los mezcladores rotativos de caída libre, de tambor y de proyección, así como a los sistemas con órgano mezclador apoyado en horizontal. En los mezcladores verticales con recirculación forzada no es un criterio de dimensionado ni de escalado. Allí lo determinante es que el principio de mezclado se mantenga igual en todos los tamaños y que la recirculación abarque toda la cámara de mezclado con independencia del grado de llenado; la transferibilidad se asegura en el centro de ensayos con el producto original.

Como no todas las magnitudes pueden ser constantes al mismo tiempo, el criterio de semejanza debe priorizarse según el mecanismo de mezclado dominante. Un plan de ensayos robusto comprende también ensayos cerca de los límites del proceso, para evaluar la estabilidad del procedimiento en la gran escala.

Semejanza geométrica y grado de llenado

El grado de llenado tiene una gran importancia en los mezcladores de polvo con el eje del órgano mezclador apoyado en horizontal.

Para una transferencia fiable es decisiva la semejanza geométrica entre las escalas. Las relaciones como H a D y d a D, así como unas distancias a la pared y unas geometrías de herramienta comparables, deberían mantenerse lo más constantes posible.

El grado de llenado influye notablemente en el patrón de flujo, en las zonas muertas y en el consumo de potencia. El sobrellenado favorece las zonas muertas y puede alargar el tiempo de mezclado; el llenado insuficiente, en cambio, puede llevar a un comportamiento de circulación desfavorable y a un efecto de mezclado reducido. Por eso es recomendable examinar varios grados de llenado en la pequeña escala y transferir después el rango óptimo.

Determinación y escalado del tiempo de mezclado

El tiempo de mezclado no es una constante fija, sino una función de la velocidad de giro, de la geometría y de las propiedades del material. En la pequeña escala, la cinética de mezclado se registra mediante curvas de calidad de mezcla y se define un nivel de homogeneidad objetivo, por ejemplo mediante el coeficiente de variación o una magnitud comparable.

Para la transferencia a la escala mayor, el tiempo de mezclado se asegura experimentalmente y no se extrapola solo por cálculo. Sobre todo en los productos pulverulentos, el comportamiento a granel, la cohesión, las diferencias de densidad y la distribución granulométrica dependen tanto del producto que los valores de ensayo son mucho más fiables que las simples fórmulas empíricas.

Deducción de la velocidad de giro de la herramienta

La velocidad de giro de la herramienta en la escala objetivo resulta de la regla de escalado elegida. Con una velocidad periférica constante rige, en sentido análogo, que la velocidad de giro disminuye al crecer el diámetro. Este procedimiento resulta con frecuencia especialmente razonable para los productos pulverulentos, porque mantiene comparable el patrón de movimiento del material a granel y evita la sobresolicitación.

La velocidad de giro calculada debe comprobarse siempre frente a los límites mecánicos, a las sensibilidades específicas del producto y a la estabilidad práctica del proceso. Una elección de la velocidad de giro basada solo en valores de cálculo no suele ser suficiente en los polvos.

Planificación de los ensayos, magnitudes de medición y validación

Para un escalado fiable se recomienda un plan de ensayos estructurado con los factores velocidad de giro, grado de llenado y tiempo de mezclado. Las magnitudes de medición importantes son el consumo de potencia, el par, la calidad de mezcla, el vaciado residual y las magnitudes referidas al producto, como la distribución de la humedad, la homogeneidad o la formación de partículas.

Tras la transferencia a la escala de producción siguen los ensayos de validación, para registrar las oscilaciones reales de las materias primas, los rangos límite del grado de llenado y el comportamiento de movimiento real en la gran escala. Las desviaciones se documentan y se utilizan para refinar el modelo de escalado.