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¿Qué soluciones ofrecen los fabricantes para la medición de humedad integrada y la determinación del punto final al secar en el mezclador?

Para la medición de humedad integrada y la determinación del punto final al secar en el mezclador existen varios métodos de medición. En la práctica, el punto final del secado no suele determinarse mediante una única señal, sino mediante la combinación de humedad, temperatura del producto, presión, evolución del vapor o del condensado, potencia del órgano mezclador y mediciones de referencia validadas.

La espectroscopia NIR es un método rápido y sin contacto para la medición de humedad. El sensor mide, a través de una mirilla o de un punto de medición integrado a ras, la reflexión del material mezclado en el rango del infrarrojo cercano. Con una calibración adecuada, el NIR puede registrar la humedad en tiempo real y aportar además indicios sobre otras propiedades del producto. Dado que el NIR capta sobre todo la zona visible del lecho de producto, son decisivos un movimiento de mezclado representativo, una ventana de medición limpia y una calibración específica del producto.

Los métodos basados en microondas registran las propiedades dieléctricas del material mezclado. Según el tipo de montaje y el producto, pueden captar un volumen de producto mayor que los métodos ópticos y dependen menos del color o del aspecto de la superficie. Sin embargo, la formulación, la densidad aparente, la temperatura y la distribución del material también influyen en la señal. Por ello también aquí es necesaria una calibración con el producto original y muestras de referencia adecuadas.

Los sensores capacitivos son una solución robusta y comparativamente económica para la supervisión de tendencias de la humedad. Sin embargo, sus valores de medición dependen más de la formulación, la temperatura, la densidad y la estructura de las partículas. Los métodos conductivos solo tienen sentido para productos suficientemente conductores desde el punto de vista eléctrico y, por ello, no son adecuados para muchos polvos secos.

El par y el consumo de potencia del órgano mezclador complementan la medición directa de humedad. Durante el secado pueden indicar cambios en el comportamiento de flujo, la pegajosidad, la compactación, la aglomeración o las adherencias a la pared. No miden la humedad de forma directa, pero aportan información valiosa sobre la estabilidad del proceso, el aporte de energía y la protección de la instalación.

El punto final más directo es un valor límite de humedad residual validado. El proceso de secado finaliza automáticamente cuando el sensor de humedad alcanza el valor objetivo definido. Este valor objetivo es siempre específico del producto. Se orienta, por ejemplo, según la estabilidad de almacenamiento, la fluidez, el procesamiento posterior o los requisitos regulatorios. Por ello, un valor objetivo general como el 0,5 % de humedad residual no es transferible a todos los productos.

La temperatura del producto aporta indicios adicionales sobre la evolución del secado. Mientras se evaporan cantidades relevantes de un componente volátil, una parte del calor aportado se necesita como entalpía de evaporación. Con una potencia de calentamiento constante, un aumento de la temperatura puede indicar una disminución del contenido de humedad. Sin embargo, esta señal depende del medio de calentamiento, del vacío, de la transmisión de calor y de las propiedades del producto, y no debería utilizarse como único criterio de punto final.

En los secadores-mezcladores de vacío, la presión de proceso, la temperatura del producto, la evolución del vapor y la cantidad de condensado complementan la supervisión. Si la cantidad de vapor condensable, con un nivel de temperatura y de presión definido, desciende a un nivel bajo, esto puede indicar un estado avanzado de secado. La determinación del punto final más fiable surge de la combinación de estos datos de proceso con una humedad residual confirmada analíticamente.

Los sensores se integran, en la medida de lo posible, a ras en la pared del recipiente o se montan a través de conexiones higiénicas. Así pueden limitarse los espacios muertos, los daños mecánicos y las adherencias. Las ventanas de medición ópticas pueden necesitar, en productos que generan polvo, pegajosos o que condensan, un enjuague, un rascador o un procedimiento de limpieza adecuado. En mezcladores grandes pueden resultar útiles varios puntos de medición, siempre que capten zonas representativas del lecho de producto en movimiento.

Los datos de medición se procesan en el PLC y pueden transferirse a sistemas superiores de control y de producción. Esto permite el registro de tendencias, el registro por lote, los límites de alarma y la detección automática del punto final. En los ámbitos regulados son además importantes la integridad de los datos, la pista de auditoría, los derechos de usuario y la calibración trazable de los sistemas de medición.

Así determina amixon® el punto final del secado

amixon® combina, para los procesos de mezclado, granulación y secado, varias señales de proceso. En el centro están la temperatura del producto, la evolución de la presión, la humedad, la potencia del órgano mezclador y, en los procesos al vacío, la evolución del vapor y del condensado. Solo la combinación específica del producto de estas magnitudes de medición permite una determinación del punto final fiable y reproducible.

En los secadores-mezcladores de vacío y en los reactores de las series VMT y AMT se supervisan de forma continua la temperatura del producto y la presión del sistema. De forma complementaria pueden evaluarse la cantidad de condensado, el flujo de vapor y la evolución de la potencia del accionamiento. Si la cantidad de vapor evacuado, con un nivel de temperatura y de presión definido, desciende de forma notable, esto indica un estado de secado avanzado. Sin embargo, un punto final seguro no se deriva únicamente de la presión o de la temperatura, sino que se asegura mediante la combinación con el valor objetivo de humedad definido y, en su caso, una muestra de referencia analítica.

La medición de humedad puede realizarse, según el producto, mediante sensórica NIR, por microondas o capacitiva. Los sensores NIR registran sin contacto la evolución de la humedad en la zona visible del producto. Los métodos por microondas y capacitivos pueden ser una alternativa razonable cuando las ventanas de medición ópticas están limitadas por el polvo, las adherencias o las propiedades del producto. Todos los métodos requieren una calibración con el producto original y un punto de medición que aporte datos representativos para el movimiento de producto correspondiente.

También el par y el consumo de potencia del órgano mezclador pueden complementar el proceso de forma útil. Muestran cambios en el comportamiento de flujo, la pegajosidad, las adherencias o la compactación. Durante el secado no miden directamente la humedad residual, pero pueden servir como señal adicional del estado del producto, la estabilidad del proceso y la protección de la instalación.

Un tomamuestras integrado complementa la sensórica en línea mediante controles de producto selectivos. El análisis de laboratorio sirve en este caso como referencia para la calibración y la validación de las señales de proceso. Así pueden vincularse entre sí la evolución de la humedad, la temperatura, la presión, la potencia del órgano mezclador y la humedad residual determinada analíticamente.

Sensórica específica de cada proyecto

Los aparatos amixon® se diseñan sobre la base de la especificación de requisitos de usuario (URS). La sensórica, los puntos de medición, el grado de automatización, las funciones del PLC y la documentación de lote deseada se definen en el proyecto. En el diseño se tienen en cuenta la temperatura, la presión, el vacío, la abrasión, la tendencia a la adherencia, el diseño higiénico y, en su caso, los requisitos ATEX.

Los programas de mezclado y de secado pueden guardarse en el PLC. La transferencia de datos a los sistemas SCADA, MES o ERP se realiza a través de las interfaces acordadas. Los escáneres de código de barras pueden complementar la documentación referida al lote. En las aplicaciones reguladas pueden tenerse en cuenta los requisitos de integridad de datos, derechos de usuario, pista de auditoría y documentación electrónica de lotes.

Determinación del punto final en el centro de ensayos

En el centro de ensayos de amixon® se determina, con el producto original, qué combinación de humedad, temperatura del producto, evolución de la presión, cantidad de condensado, potencia del órgano mezclador y tiempo de mezclado indica de forma más fiable el punto final del secado. Los datos obtenidos de este modo constituyen la base para el diseño de la sensórica, el programa de secado y la posterior instalación de producción.