¿Qué indicadores determinan la eficiencia energética de un mezclador y cómo repercuten en el TCO?
La eficiencia energética de un mezclador industrial no viene determinada por un único indicador. Lo decisivo es la interacción entre el aporte de energía, el tiempo de mezclado, la calidad de mezcla alcanzada, el rendimiento de producto, el rendimiento del accionamiento y las necesidades de energía de los equipos auxiliares. Para una evaluación económica, estos valores deben considerarse siempre en relación con el producto, la receta, el grado de llenado, el objetivo del proceso y el concepto de la instalación.
Aporte específico de energía
El aporte específico de energía describe la energía necesaria por kilogramo, tonelada o metro cúbico de producto para un proceso de mezclado. El indicador puede expresarse, por ejemplo, en kilovatios-hora por tonelada o en kilovatios-hora por metro cúbico. Es especialmente adecuado para comparar distintos lotes, parámetros de proceso o sistemas de mezclado, siempre que se basen en la misma tarea de mezclado y la misma calidad objetivo.
Un aporte específico de energía bajo solo es una ventaja cuando se alcanzan la calidad de mezcla exigida, la protección del producto y la reproducibilidad. Un mezclador con una necesidad de energía muy reducida puede resultar inadecuado si necesita tiempos de mezclado demasiado largos o no alcanza con seguridad la homogeneidad de la receta.
Consumo de potencia y potencia específica
El consumo de potencia muestra cuánta potencia eléctrica absorbe el accionamiento durante el funcionamiento. La potencia específica relaciona esta potencia con el volumen de mezclado o la masa de producto. Puede expresarse en kilovatios por metro cúbico o kilovatios por kilogramo.
En productos de alta viscosidad, cohesivos o muy compactados, la potencia específica suele ser un valor de dimensionado importante. Influye en el dimensionado del motor, el reductor, los ejes, las herramientas de mezclado y la infraestructura eléctrica. Sin embargo, una potencia instalada elevada no implica automáticamente un consumo de energía elevado por lote. Son decisivos, en conjunto, la potencia, el tiempo de mezclado y el perfil de carga.
Tiempo de mezclado y tiempo de lote
El tiempo de mezclado describe la duración hasta alcanzar una calidad de mezcla definida. Influye en la energía por lote, el rendimiento y la disponibilidad de la instalación. Un tiempo de mezclado corto puede reducir el consumo de energía y los costes por lote, siempre que se alcance sin un aporte de potencia excesivo, daño al producto o segregación.
El tiempo de lote total comprende, además del propio mezclado, el llenado, la dosificación, la termorregulación, el vaciado, la limpieza y, en su caso, el secado. Para el TCO, este tiempo total suele ser más importante que el tiempo de mezclado puro. Unos tiempos de cambio, de limpieza o de vaciado prolongados pueden anular la ventaja económica de una fase de mezclado corta.
Calidad de mezcla y reproducibilidad
La eficiencia energética de un mezclador siempre debe medirse en relación con la calidad de producto alcanzada. Los criterios relevantes son, por ejemplo, la distribución de la concentración, la distribución de partículas, la distribución de la humedad, la disolución de aglomerados, la uniformidad de la temperatura o la viscosidad. No existe un indicador de calidad de mezcla de validez general, ya que el método de evaluación depende de la tarea de mezclado en cuestión.
Lo decisivo es la relación entre el aporte de energía, el tiempo de mezclado y la calidad de mezcla alcanzada con seguridad. Especialmente rentable es un proceso que alcanza de forma repetible la homogeneidad exigida, sin solicitar innecesariamente el producto ni emplear más energía de la necesaria.
Indicadores hidráulicos en líquidos y suspensiones (slurries)
En productos líquidos, pastosos o tipo slurry, los indicadores hidráulicos pueden ser importantes. A ellos pertenecen la capacidad de recirculación, el volumen transportado, la velocidad de flujo y la solicitación de cizalla. La capacidad de bombeo describe en ello la capacidad de un órgano mezclador para recircular el producto en el recipiente.
Una elevada capacidad de recirculación puede acelerar la homogeneización. Sin embargo, no es automáticamente eficiente desde el punto de vista energético si el flujo elevado provoca daños al producto, incorporación de aire, formación de espuma o un aporte de energía innecesario. El efecto de flujo y de cizalla adecuado depende de la viscosidad, la proporción de partículas y la sensibilidad del producto.
Número de Newton y otras cifras características adimensionales
El número de Newton describe la necesidad de potencia de un órgano de agitación en función de la geometría de la herramienta, la velocidad de giro, la densidad del fluido y el régimen de flujo. Es, sobre todo en medios líquidos y en procesos de agitación clásicos, una magnitud importante de dimensionado y de comparación. Su validez para los polvos secos es, en cambio, limitada, ya que en ellos la gravedad, la fricción con la pared, la cohesión y los contactos entre partículas influyen fuertemente en el comportamiento de mezclado.
Otras cifras características como el número de Reynolds o el número de Froude pueden ser relevantes en el dimensionado y en el escalado. Sin embargo, no sustituyen los ensayos con el producto real, especialmente en materiales a granel cohesivos, húmedos, abrasivos o con riesgo de segregación.
Rendimiento del tren de accionamiento
El rendimiento total del tren de accionamiento comprende el motor, el convertidor de frecuencia, el reductor, los cojinetes y las juntas. Los motores eficientes, unas relaciones de transmisión adecuadas y unas pérdidas mecánicas reducidas disminuyen la necesidad de electricidad. Sin embargo, la selección no debería basarse únicamente en la clase de rendimiento más alta. También son relevantes el comportamiento en carga parcial, los cambios de carga, la necesidad de par, el esfuerzo de mantenimiento y la seguridad del proceso.
Los convertidores de frecuencia permiten un arranque controlado y la adaptación de la velocidad de giro al producto y a la fase del proceso. Esto puede ahorrar energía y reducir las cargas mecánicas. Sin embargo, el consumo propio del convertidor de frecuencia y el modo de funcionamiento real deberían incluirse en la evaluación.
Equipos auxiliares y necesidad de energía térmica
En los mezcladores calefactados, refrigerados, de funcionamiento al vacío o inertizados, no solo el accionamiento de mezclado determina la necesidad de energía. Los circuitos de calefacción y refrigeración, las bombas de vacío, los condensadores, los filtros, el aire comprimido y el suministro de gas inerte pueden tener una proporción considerable en el consumo total.
Unas pérdidas de potencia menores y un aporte de energía adecuado pueden reducir la generación de calor en el producto. Con ello puede disminuir la necesidad de refrigeración. Sin embargo, en los procesos de secado debe considerarse el balance energético completo. El vacío puede reducir la temperatura de producto necesaria, pero no reduce automáticamente la necesidad total de energía de la generación de vacío, la condensación y la evaporación.
Influencia en el coste total de propiedad
Los indicadores energéticos influyen directamente en el TCO a través del consumo de electricidad, calor, refrigeración, aire comprimido y gas inerte. Con una alta utilización o procesos de gran intensidad energética, incluso mejoras comparativamente pequeñas del consumo específico de energía pueden llegar a ser económicamente relevantes a lo largo de muchos años.
La influencia indirecta puede ser aún mayor. Un aporte de energía adaptado al producto reduce el riesgo de daño al producto, rechazo, retrabajo y paradas no planificadas. Unas cargas dinámicas menores pueden reducir el desgaste de cojinetes, juntas, reductores y herramientas de mezclado. Esto puede prolongar los intervalos de mantenimiento y mejorar la disponibilidad de la instalación.
Unos tiempos de lote cortos y reproducibles aumentan el rendimiento de la instalación existente. Con ello disminuyen los costes fijos por unidad producida. Una elevada calidad de mezcla con un rechazo reducido puede ser económicamente más importante que el mero ahorro de energía eléctrica, especialmente en materias primas de alto valor o productos críticos para la calidad.
Por ello, una evaluación de TCO fiable no compara solo la potencia del motor o la energía por tonelada. Considera toda la cadena de proceso compuesta por el consumo de energía, el tiempo de mezclado, el rendimiento, la calidad del producto, el rechazo, el esfuerzo de limpieza, el mantenimiento, la disponibilidad de la instalación y los costes de la periferia necesaria.
Así evalúa amixon® la eficiencia energética, el rendimiento de limpieza, el TCO y la amortización de un mezclador industrial
La eficiencia energética de un mezclador no viene determinada únicamente por la potencia del motor. Lo decisivo es si la calidad de mezcla exigida, la protección del producto y la reproducibilidad se alcanzan con un aporte de energía adaptado al producto. Para el coste total de propiedad son relevantes, además, las pérdidas de producto, los tiempos de limpieza y de cambio, el mantenimiento, el suministro de repuestos, la disponibilidad de la instalación y la utilización a largo plazo de la instalación.
amixon® considera estos factores como un sistema global interconectado. Los indicadores más importantes son el aporte específico de energía, el tiempo de mezclado, el tiempo de lote total, la calidad de mezcla alcanzable, el vaciado residual, el esfuerzo de limpieza, la disponibilidad de la instalación, así como la necesidad de energía de los equipos auxiliares requeridos.
Aporte de energía y tiempo de mezclado
Los datos generales sobre el consumo de energía por tonelada de producto tienen una validez solo limitada en los mezcladores industriales. La necesidad real de energía depende de la receta, el tamaño de lote, el grado de llenado, el peso a granel, la viscosidad, el tiempo de mezclado, la temperatura y el aporte de energía requerido.
Los mezcladores amixon® trabajan, según el tipo constructivo y la tarea de mezclado, con velocidades periféricas bajas. El funcionamiento a baja velocidad puede reducir la fricción, la solicitación por impacto y las cargas dinámicas. En polvos sensibles, de libre fluidez o con riesgo de segregación, una recirculación de producto a gran escala puede alcanzar la calidad de mezcla exigida con un aporte de energía comparativamente reducido.
Un tiempo de mezclado corto no reduce automáticamente el consumo de energía. Un tiempo de mezclado corto es rentable cuando la homogeneidad requerida se alcanza sin una velocidad de giro excesiva, un efecto de cizalla innecesario o daño al producto. Por ello, el tiempo de mezclado y el aporte de energía deben evaluarse para cada receta con el producto original.
El silo mezclador Gyraton® GM está diseñado para lotes de gran volumen de hasta unos 100 metros cúbicos. El principio de mezclado permite la homogeneización de grandes cantidades de producto con una potencia de accionamiento instalada comparativamente baja. Esto puede limitar la necesidad de energía por lote, especialmente en grandes cantidades de material a granel de libre fluidez. El consumo de energía real se evalúa con el producto concreto, el grado de llenado y el objetivo del proceso.
Vaciado residual y pérdida de producto
La pérdida de producto es un factor esencial del TCO, especialmente en materias primas de alto valor, principios activos, aditivos o lotes pequeños. Cada cantidad residual que queda en el mezclador no solo provoca una pérdida directa de material. También puede prolongar la limpieza, afectar a los lotes siguientes y aumentar el riesgo de contaminaciones cruzadas.
Las series amixon® AM y KS están diseñadas para un vaciado residual extenso. Las herramientas de descarga ComDisc® apoyan el vaciado del producto residual de la cámara de mezclado. El grado de vaciado alcanzable siempre depende de propiedades del producto como la humedad, la forma de las partículas, la cohesión, el peso a granel, la abrasividad y la tendencia a la adherencia. Por ello, la capacidad de vaciado debería comprobarse con el producto original.
Un vaciado residual extenso puede reducir la pérdida de materia prima, acortar el tiempo de limpieza y aumentar la productividad de la instalación. Con ello, suele influir en el TCO con más fuerza que una pequeña diferencia en el consumo eléctrico del accionamiento de mezclado.
Limpieza programable de chorro dirigido
Los tiempos de limpieza y de cambio son una parte esencial de los costes totales de explotación en las instalaciones multiproducto. Especialmente en las industrias alimentaria, farmacéutica, química y de química especializada, la duración entre dos lotes determina cuánto tiempo de instalación aprovechable de forma productiva hay disponible.
amixon® puede equipar las plantas de mezclado con boquillas de limpieza programables de chorro dirigido. Las boquillas se orientan de forma específica hacia las superficies en contacto con el producto, las herramientas de mezclado, las geometrías de la cámara de mezclado y las zonas de salida. Los programas de limpieza pueden accionar las boquillas en secuencias definidas y favorecer así una humectación reproducible de las superficies relevantes.
La limpieza programable de chorro dirigido puede reducir el agua, el producto de limpieza y el tiempo de limpieza si está diseñada de forma adecuada a la adherencia del producto, la geometría del recipiente y la tarea de limpieza. Puede disminuir los trabajos de limpieza manuales y acelerar el cambio entre distintas recetas. Sin embargo, el rendimiento de limpieza requerido debe validarse para el producto, el medio de limpieza y los criterios de liberación.
Secado rápido tras la limpieza en húmedo
Tras una limpieza en húmedo, el secado de la cámara de mezclado suele ser un paso decisivo. La humedad remanente puede afectar a los productos siguientes, retrasar la liberación y prolongar el tiempo de parada de la instalación. Esto es especialmente válido para los polvos higroscópicos, las recetas sensibles a la humedad o las aplicaciones con exigencias elevadas de pureza del producto.
amixon® puede diseñar las plantas de mezclado de modo que la cámara de mezclado limpia y húmeda se seque en muy poco tiempo. Para ello, la cámara de mezclado se atraviesa con aire de proceso o gas inerte conducido de forma específica. El órgano mezclador favorece la distribución del flujo en el espacio interior y puede acelerar el secado de las superficies en contacto con el producto.
Incluso con agua de limpieza fría puede ser posible un secado rápido si la conducción del aire, el caudal, la temperatura, el vacío, el nivel de presión y la evacuación del condensado están coordinados de forma adecuada entre sí. El tiempo de secado alcanzable depende del tamaño del recipiente, las superficies, el agua residual, la humedad del aire, la temperatura y el procedimiento de secado previsto. El beneficio radica en una menor downtime, unos cambios de producto más cortos y una mayor disponibilidad de la planta de mezclado.
Mantenimiento y disponibilidad a largo plazo
La técnica de mezclado de amixon® está diseñada para construcciones robustas, cargas dinámicas reducidas y una buena accesibilidad para la inspección y la limpieza. El órgano mezclador está apoyado exclusivamente en la parte superior. Con ello puede eliminarse un paso de eje inferior en contacto con el producto. Esto reduce una zona potencialmente exigente en mantenimiento dentro de la cámara de mezclado.
La combinación de un funcionamiento a baja velocidad, una construcción de bajo desgaste y una documentación de diseño disponible a largo plazo puede reducir el esfuerzo de mantenimiento y los riesgos de repuestos. Determinadas piezas de desgaste pueden suministrarse ya con la primera entrega. En caso de necesidad de repuestos, modificaciones o modernizaciones, el diseño, la fabricación y el servicio de amixon® apoyan la utilización a largo plazo de la instalación.
Datos de ensayo fiables en lugar de valores de catálogo
Un cálculo fiable de TCO, ROI o amortización debería basarse en datos documentados con el producto original. En el centro de ensayos de amixon® pueden evaluarse en condiciones realistas el tiempo de mezclado, el consumo de energía, la calidad de mezcla, la protección del producto, la capacidad de vaciado, el esfuerzo de limpieza, el tiempo de secado y el tiempo de cambio.
En el centro de ensayos de amixon® en la sede de 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 ensayos pueden realizarse con grados de llenado y tamaños de lote realistas, así como con las condiciones de temperatura y de presión previstas.
Los resultados se documentan y constituyen una base para la selección del tamaño constructivo, la fijación de los parámetros de proceso y la evaluación económica. Por ello, amixon® no evalúa la eficiencia energética de forma aislada como el consumo eléctrico del accionamiento. Lo decisivo es el proceso completo compuesto por el tiempo de mezclado, el aporte de energía, la pérdida de producto, la limpieza, el secado, el mantenimiento, la disponibilidad de la instalación y la utilización a largo plazo.