¿Cómo es una estructura ideal para tamizado, dosificación-pesaje, mezclado y descarga de producto sin segregación?
Una estructura ideal sigue el principio de: el menor número posible de trasvases de producto, trayectos de caída libre lo más cortos posible y un flujo másico controlado desde la materia prima hasta el envasado. Cada etapa de transporte adicional, cada silo, cada canaleta y cada caída libre puede favorecer la segregación, la abrasión, la formación de polvo o la contaminación cruzada. Esto resulta especialmente crítico en mezclas con grandes diferencias de tamaño de partícula, densidad aparente, forma o comportamiento de flujo.
La estructura que se describe a continuación representa un diseño de referencia práctico para procesos de polvo por lotes y continuos. El diseño real debe adaptarse al producto, los requisitos higiénicos, el caudal, la receta y la protección contra explosiones.
Estructura de proceso ideal
Suministro de materia prima → tamizado → almacenamiento intermedio y dosificación-pesaje → alimentación de producto definida → mezclador → descarga cuidadosa → transferencia corta y cerrada → envasado o proceso siguiente
Al inicio se encuentran la recepción y el almacenamiento de materias primas en envases, contenedores pequeños, big bags, sacos o silos adecuados. El suministro de materias primas ya debería favorecer la precisión de dosificación posterior. Esto incluye una densidad aparente estable, humedad limitada, un tamaño de grano lo más uniforme posible y un vaciado de los envases adecuado al producto. En polvos cohesivos o propensos a formar puentes son necesarias ayudas de descarga adecuadas, por ejemplo agitadores, paredes flexibles, ayudas de vibración o elementos de descarga especialmente diseñados. Estas ayudas deben ajustarse de modo que estabilicen la dosificación sin destruir partículas ni provocar una segregación prematura de la mezcla.
Antes de la dosificación suele resultar útil un tamiz de control. Este elimina cuerpos extraños, restos de envases, grumos duros o granos gruesos no deseados. El tamiz debe situarse lo más pronto posible en el proceso y antes de la dosificación de precisión. En gránulos o cereales sensibles, la tamizadora debe diseñarse de forma especialmente cuidadosa, para que ella misma no provoque abrasión ni rotura de grano. Pueden emplearse adicionalmente separadores magnéticos o de metales cuando se prevean cuerpos extraños metálicos procedentes de las materias primas o de la técnica de transporte.
Tras el tamizado, cada materia prima pasa a un depósito intermedio pequeño y adaptado al producto, o directamente a la estación de dosificación. Debe evitarse, en la medida de lo posible, un almacenamiento prolongado en silos intermedios grandes tras el tamizado, porque allí el material puede volver a segregarse durante el llenado, la vibración y el vaciado. Si un almacenamiento intermedio es inevitable, el depósito debe diseñarse para flujo másico (mass flow), es decir, un movimiento lo más uniforme posible de toda la sección transversal de producto. El flujo másico puede limitar la segregación durante la descarga, pero no garantiza un vaciado completamente homogéneo si la mezcla ya se separó lateralmente o por tamaños de grano durante el llenado.
La dosificación se realiza de forma gravimétrica cuando la precisión de la receta y la reproducibilidad son esenciales. Para procesos por lotes son adecuadas las pesadas gravimétricas en un depósito de pesaje o en un mezclador apoyado sobre células de carga. En ellas, los componentes principales suelen introducirse con una fase de dosificación gruesa seguida de una fase de dosificación fina. La dosificación fina reduce los excesos y aumenta la precisión de la pesada. Después de cada componente debe preverse tiempo suficiente para que se estabilice la señal de pesaje; las conexiones flexibles, el desacoplamiento de vibraciones y una desaireación estanca al polvo evitan que fuerzas externas o variaciones de presión falseen la señal de pesaje.
Para procesos continuos, los dosificadores por pérdida de peso, o dosificadores LIW (Loss-in-Weight), son especialmente adecuados. El depósito de dosificación y el órgano de descarga están apoyados sobre células de carga; el sistema de control regula la velocidad de descarga a partir de la pérdida de peso medida por unidad de tiempo. De este modo se controla el flujo másico real y no solo la velocidad de giro de un tornillo dosificador. Los dosificadores LIW resultan especialmente útiles cuando la densidad aparente, el nivel de llenado o el comportamiento de flujo pueden variar. Sin embargo, su concepto de recarga es crítico: durante la recarga, la operación de medición gravimétrica suele interrumpirse temporalmente y se sustituye por una dosificación volumétrica basada en un modelo. Por ello, el proceso de recarga, el tamaño del depósito, la velocidad de recarga y la estabilización posterior deben adaptarse al flujo másico requerido y a la desviación de dosificación admisible.
En componentes minoritarios como aromas, sustancias activas, vitaminas, colorantes u oligoelementos, la tarea de dosificación es especialmente exigente. Deben dosificarse lo más cerca posible del mezclador, de modo que tras la adición solo quede un tramo de transporte corto. Con cantidades muy pequeñas puede ser necesaria una premezcla con un material portador adecuado. El componente portador debe presentar propiedades de partícula lo más similares posible a las de los componentes principales, para que el premix no vuelva a segregarse durante la alimentación ni en el mezclador.
La reunión de los componentes dosificados antes del mezclador debe realizarse de forma tranquila y controlada. Una tolva colectora común no debe provocar una caída de producto elevada e incontrolada ni una presegregación. Son favorables las transferencias cortas, lo más verticales posible, estancas al polvo y de gran sección transversal. Las canaletas inclinadas largas, las placas deflectoras, las alturas de caída libres elevadas y los tornillos transportadores de giro rápido deben evitarse o emplearse únicamente tras ensayos con el producto. Pueden generar abrasión, separar partículas grandes y pequeñas o hacer que el flujo de producto pulse.
El mezclador debe adecuarse al material a mezclar y a la tarea de mezclado. Debe abarcar de forma fiable todo el volumen del lote sin provocar una cizalla excesiva, rotura de partículas o sobremezclado local. Son importantes un rango de trabajo definido para el grado de llenado, una geometría de herramienta adecuada, una velocidad de giro reproducible y un tiempo de mezclado limitado al momento más temprano en que se alcanza una homogeneidad suficiente. En las adiciones de líquido, las boquillas de pulverización deben posicionarse en una zona de producto suficientemente en movimiento. El tamaño de gota, la tasa de pulverización, la viscosidad y la intensidad de mezclado deben coordinarse de modo que no se produzca sobrehumectación local, formación de grumos ni adherencias.
Tras el mezclado, la descarga del producto suele ser la etapa más crítica en cuanto a la segregación. Lo ideal es que la mezcla pase directamente del mezclador al proceso siguiente o al envasado, sin almacenamiento intermedio. La salida debe ser lo suficientemente grande como para permitir un flujo másico uniforme y con poca pulsación. Un flujo másico controlado en el depósito de descarga o en el mezclador reduce el riesgo de que, al principio, solo se descarguen determinadas fracciones. Los conos de acumulación grandes, los trayectos de caída largos, las canaletas muy inclinadas, las vibraciones de transporte y el transporte neumático pueden volver a deteriorar una buena mezcla. Por ello, los conductos de transferencia deben diseñarse cortos, verticales, de paredes lisas y, en la medida de lo posible, sin cambios bruscos de sección transversal.
Cuando un depósito intermedio después del mezclador es inevitable, debe ser lo más pequeño posible y servir únicamente como amortiguador de corta duración. Su diseño debe permitir un vaciado uniforme. El flujo de embudo (funnel flow), es decir, un flujo central con zonas periféricas estancadas, puede intensificar la segregación y retener restos de producto antiguos. El flujo másico suele ser la mejor base de partida, pero debe confirmarse mediante ensayos con la mezcla real. Un vaciado completo también puede resultar problemático si, en la última fracción de producto, se descargan fracciones separadas; por ello, el proceso de depósito y envasado debe comprobarse en cuanto a la homogeneidad a lo largo de todo el proceso de vaciado.
Control y calidad
El sistema de control debe registrar todas las cantidades pesadas, los tiempos de dosificación, los flujos másicos teóricos y reales, el tiempo de mezclado, la velocidad de giro, las cantidades de líquido y, en su caso, la temperatura. En las instalaciones continuas es fundamental la regulación de la relación de todos los flujos de dosificación respecto al componente principal. En los procesos por lotes son útiles la gestión de recetas, las comprobaciones de plausibilidad, las liberaciones tras la pesada y una documentación de lote completa y sin lagunas.
El aseguramiento de la calidad no debe limitarse a comprobar la muestra en el mezclador. También debe evaluar la homogeneidad al inicio, en la mitad y al final de la descarga. Los parámetros relevantes son el coeficiente de variación de un componente indicador, la distribución del tamaño de grano, la densidad aparente, la humedad, la proporción de polvo, la proporción de rotura y, en su caso, la uniformidad de una adición de líquido. Solo cuando estos valores se mantienen estables a lo largo de la dosificación, el mezclado, la descarga y el envasado, el proceso es realmente poco propenso a la segregación.
Así conecta amixon® el tamizado, la dosificación, el mezclado y la descarga
Un proceso de polvo poco propenso a la segregación comienza con una conexión estanca al polvo e higiénica de todos los pasos del proceso. El tamizado, la dosificación-pesaje, el mezclado, la descarga y el envasado deben conectarse, en la medida de lo posible, sin transferencias abiertas, canaletas largas ni depósitos intermedios innecesarios. Cada trayecto de caída adicional, cada vibración y cada punto de trasvase puede favorecer la segregación, la abrasión o la liberación de polvo.
Los mezcladores amixon® pueden equiparse con interfaces estancas al gas y al polvo. Para la conexión con tamices, estaciones de dosificación, filtros, técnica de transporte, estaciones de big bags o instalaciones de envasado se dispone de conexiones estandarizadas e interfaces específicas del proyecto. En aplicaciones exigentes desde el punto de vista higiénico, las conexiones lisas, bien accesibles y limpiables son decisivas. Donde se requiera una conducción del proceso aséptica o esterilizable, pueden preverse bridas sanitarias y conceptos de conexión higiénicos adecuados. La elección concreta del estándar de brida, la junta, el material y el procedimiento de limpieza se rige por el producto, el nivel de presión, la temperatura, el concepto CIP o SIP y las especificaciones del titular.
El diseño vertical de los mezcladores amixon® permite un tamaño de lote flexible. Las herramientas de mezclado SinConvex® o SinConcave® generan un movimiento tridimensional del producto: el material a mezclar se eleva cerca de la pared y vuelve a fluir hacia abajo en la zona central. Con ello, el efecto de mezclado puede mantenerse en un amplio rango de grados de llenado, siempre que el producto, la ejecución de la herramienta, la velocidad de giro y el tiempo de mezclado estén coordinados entre sí. Para lotes especialmente pequeños o especialmente grandes, el grado de llenado mínimo, el espacio de desaireación, la columna de producto, la adición de líquido y el comportamiento de descarga deben, no obstante, comprobarse con el producto original.
Tras el mezclado, la descarga es un paso decisivo para la calidad del producto. amixon® ofrece para ello distintos conceptos, que pueden seleccionarse en función del producto, la tarea de envasado y el flujo másico deseado.
Para una descarga dosificada o porcionada puede emplearse la válvula DosiFlap®. Según indica amixon®, esta permite un flujo de producto limitado de forma específica e interrumpible. La compuerta puede cerrarse contra el material que sigue fluyendo, cerrando así el mezclador por el lado del producto. De este modo, el producto puede transferirse de forma dosificada, por ejemplo, a depósitos de pesaje, envases, big bags o máquinas de envasado situados aguas abajo. La DosiFlap® está concebida como válvula de descarga con pocos espacios muertos; sin embargo, su precisión de dosificación real depende del comportamiento de flujo del producto, la densidad aparente, el tamaño de grano, la sección transversal de descarga y la técnica de pesaje superior.
Cuando se requiere una descarga rápida en avalancha, puede emplearse el mezclador KoneSlid®. Su cuerpo de cierre cónico desciende para el vaciado y abre una salida inferior de gran superficie. De este modo, la mezcla puede descargarse en poco tiempo, sin que quede un cono de acumulación pronunciado en la cámara de mezclado. amixon® describe la descarga KoneSlid® como libre de segregación, con un movimiento residual reducido de la herramienta de mezclado. La idoneidad debe confirmarse mediante ensayos, especialmente en mezclas con grandes diferencias de tamaño de partícula, densidad aparente o forma.
El mezclador de silo Gyraton® también está diseñado para lotes de gran volumen con salida inferior central. La válvula de descarga central, con pocos espacios muertos, permite un flujo de producto directo hacia los procesos siguientes. El órgano mezclador Gyraton® puede operarse durante el vaciado final de modo que el producto en la zona inferior siga recirculando, favoreciendo un vaciado uniforme. Si la mezcla se mantiene libre de segregación a lo largo de todo el proceso de descarga depende de la receta, las propiedades de las partículas, la tasa de descarga, la técnica de transporte y la transferencia posterior, y debe comprobarse de forma específica para cada proceso.
Para los mezcladores verticales de un solo eje y de doble eje, el equipamiento ComDisc® puede apoyar el vaciado final. En este proceso, los elementos ComDisc® recorren la zona inferior en el último paso de descarga y desplazan los restos de producto hacia la salida. amixon® describe esta función como un apoyo para un vaciado residual amplio y sin segregación. Sin embargo, la cantidad residual alcanzable y la ausencia de segregación siempre dependen del comportamiento de flujo, la cohesión, la humedad, el contenido graso y la distribución del tamaño de grano del producto.
La higiene y la limpiabilidad siguen siendo centrales en todos los conceptos de descarga. Según indica el fabricante, las puertas de inspección Clever-Cut® con junta OmgaSeal® permiten un sellado con pocos espacios muertos y el acceso a las zonas en contacto con el producto. En combinación con conexiones accesibles, juntas higiénicas y un régimen de limpieza adecuado, pueden facilitarse el cambio de producto, la inspección visual y el mantenimiento.