¿En qué se diferencian un mezclador continuo y un mezclador por lotes para alimento animal en cuanto a homogeneidad y tiempos de cambio de producto?
En el procesamiento de mezclado del alimento animal, tanto un mezclador continuo como un mezclador por lotes pueden alcanzar una elevada calidad de mezcla. Las diferencias no residen tanto en una calidad de mezcla fundamentalmente mejor o peor, sino sobre todo en cómo se genera, controla, documenta y asegura la homogeneidad en los cambios de producto. Para la selección son decisivos especialmente la variedad de recetas, el tamaño de lote, la proporción y criticidad de los microcomponentes, las campañas de producción, la frecuencia de cambio, así como los requisitos de trazabilidad y de protección frente al arrastre de producto.
En la fabricación de piensos, la calidad de mezcla se evalúa habitualmente mediante el coeficiente de variación, también llamado CoV o CV. Describe la dispersión relativa de la concentración de un componente estudiado en varias muestras individuales representativas. El CoV se calcula a partir de la desviación estándar y el valor medio:
CV=sxˉ×100%
Cuanto más bajo es el CV, más uniforme es la distribución del componente estudiado. Los valores objetivo necesarios dependen del tipo de pienso y de la criticidad del componente. Para los piensos completos se emplean a menudo valores inferiores al 10 por ciento como magnitud orientativa. Pueden aplicarse requisitos más estrictos en el caso de premezclas minerales, vitamínicas o medicamentosas, así como en principios activos dosificados de forma especialmente baja. Para las premezclas medicamentosas diluidas, la Canadian Food Inspection Agency indica, por ejemplo, un máximo del 5 por ciento de CV, mientras que para los micro- y macropremezclas, así como para los piensos complementarios, se mencionan el 10 por ciento, y para los piensos completos o las raciones totales mezcladas, el 15 por ciento. Lo decisivo es siempre que el marcador utilizado refleje el riesgo real de mezclado y que el muestreo sea representativo a lo largo de todo el proceso de descarga.
En el mezclado por lotes, una formulación completamente definida se pesa, dosifica, mezcla y posteriormente descarga como un lote delimitado. Todo el lote permanece durante un tiempo de mezclado fijado en la misma cámara de mezclado. Esto permite registrar con exactitud, como receta de lote, el grado de llenado, el orden de adición, el tiempo de mezclado, la velocidad de giro y, en su caso, las adiciones de líquido. La homogeneidad puede comprobarse después de cada lote o en un plan de validación definido. Esto resulta especialmente ventajoso cuando el alimento animal contiene muchas variantes de receta o cuando deben incorporarse de forma uniforme vitaminas, minerales, aminoácidos, enzimas, aditivos medicamentosos, aromas u otros componentes dosificados en pequeñas cantidades.
Un mezclador por lotes puede generar una homogeneidad muy alta y bien reproducible cuando la dosificación, el grado de llenado y los parámetros de mezclado se ajustan a la formulación. Las fluctuaciones breves en la incorporación de componentes individuales pueden compensarse parcialmente dentro de un lote, porque todo el volumen de producto se recircula repetidamente durante el tiempo de mezclado. Sin embargo, esto no significa que los errores de dosificación queden sin consecuencias: si un componente se pesa incorrectamente en su totalidad, la formulación de todo el lote sigue siendo errónea. La verdadera fortaleza del sistema por lotes es, por tanto, el lote claramente delimitado, documentable y verificable. En la producción de piensos, para evaluar la uniformidad de mezcla se toman a menudo varias muestras individuales de la descarga, por ejemplo diez muestras sucesivas en el tiempo. El CV determinado a partir de ellas muestra si la mezcla es uniforme a lo largo de todo el lote.
Un mezclador continuo, en cambio, trabaja con un flujo de producto continuo. Todos los componentes se dosifican de forma continua, se introducen en el mezclador y se descargan de nuevo como un flujo mezclado de forma continua. En condiciones estacionarias, un mezclador continuo también puede alcanzar una homogeneidad muy buena. El requisito previo es que todos los flujos de dosificación funcionen de forma estable y que los flujos másicos de los componentes individuales correspondan de forma continua a la receta objetivo. Son especialmente importantes los dosificadores gravimétricos precisos, una alimentación uniforme, densidades aparentes estables, propiedades de flujo controladas de las materias primas y un tiempo de residencia coordinado en el mezclador.
Sin embargo, el proceso continuo reacciona de forma inmediata a las fluctuaciones. La formación de puentes en la tolva de reserva, los dosificadores de tornillo con pulsaciones, las densidades aparentes diferentes, los procesos de recarga, la humedad fluctuante o los tamaños de partícula cambiantes pueden modificar el rendimiento de dosificación en cada momento. Esta desviación no se hace visible solo al finalizar un lote, sino que puede aparecer directamente en el flujo de producto. Por ello, la calidad de los sistemas continuos debe supervisarse preferentemente en relación con el tiempo y con el flujo másico. El muestreo se realiza en intervalos de tiempo fijos, lo más cerca posible de la descarga del mezclador. Solo así puede evaluarse si el proceso funciona de forma estacionaria tras el arranque y si la calidad de mezcla se mantiene estable a lo largo de toda la campaña de producción. La Canadian Food Inspection Agency recomienda igualmente, para las instalaciones de mezclado continuo, tomar muestras durante el funcionamiento en intervalos de tiempo regulares directamente en la descarga del mezclador.
En formulaciones de alimento animal complejas con muchos componentes dosificados en pequeñas cantidades, un mezclador por lotes suele ser más robusto, porque se procesa una cantidad total definida a lo largo de un ciclo de mezclado completo. En cambio, para grandes cantidades de pocas recetas estándar, un mezclador continuo puede ofrecer ventajas económicas. Trabaja sin interrupciones asociadas a los lotes y puede permitir un caudal muy alto y constante. Sin embargo, su calidad depende en mayor medida de que la dosificación, el suministro de materia prima y los parámetros de proceso se mantengan estables de forma duradera. Por ello, la afirmación de que un mezclador por lotes es fundamentalmente más homogéneo resultaría demasiado generalizada. Un mezclador continuo bien diseñado puede alcanzar una homogeneidad comparable con una dosificación estable. No obstante, en formulaciones con muchas variantes, el mezclador por lotes suele ser más fácil de validar y de asegurar en el día a día.
La segunda diferencia esencial se refiere a los tiempos de cambio de producto y al arrastre de material. En un mezclador por lotes, el límite entre recetas es inequívoco. Tras el vaciado completo de un lote, el mezclador puede limpiarse, purgarse o cargarse directamente con el siguiente lote. El tiempo de cambio de producto depende sobre todo del vaciado residual, los requisitos de limpieza, el material de purga eventualmente necesario y los tramos de transporte posteriores. Para las plantas de producción con muchas variedades, tamaños de lote pequeños a medianos y cambios frecuentes, esto supone una ventaja considerable. El lote está claramente asignado, las materias primas empleadas y los parámetros de proceso pueden documentarse y la liberación puede realizarse por lote.
También en el mezclado por lotes puede producirse arrastre de material. Son especialmente críticos los restos en el mezclador, en la salida, en transportadores de tornillo, elevadores, filtros, conductos de transporte, silos tampón y la instalación de envasado. Los componentes finos, adherentes, grasos o con carga electrostática pueden permanecer en las superficies tras el vaciado. En el alimento animal, los cambios entre recetas con aditivos medicamentosos, coccidiostatos, alérgenos, distintas especies animales, diferentes fuentes de proteína o perfiles nutricionales muy divergentes son especialmente delicados. Por ello, un mezclador visiblemente vacío no basta como evidencia de un cambio de producto seguro. Lo decisivo es la cantidad residual real en toda la instalación y la evidencia analítica de que los componentes críticos no llegan al producto siguiente en una concentración no permitida. Las partículas finas aumentan el riesgo de que queden restos en el equipo y afecten a las mezclas posteriores.
En el mezclado continuo, un cambio de producto suele ser más complejo, porque no solo el mezclador en sí, sino toda la línea de proceso debe incluirse en el cambio. Los depósitos previos, los dosificadores, los órganos de transporte, el mezclador, los tramos de transporte posteriores, los tampones, los tamices, los separadores y la técnica de envasado contienen material con un determinado tiempo de residencia. Por ello, al cambiar de la receta A a la receta B se genera una zona de transición en la que ambas recetas se superponen. Este material de transición debe identificarse, recogerse por separado, reincorporarse, redestinarse o, en su caso, desecharse. Solo cuando toda la instalación está completamente llena con la nueva receta y los parámetros de proceso vuelven a trabajar de forma estacionaria puede liberarse el producto como lote regular.
Por ello, las instalaciones continuas son especialmente económicas cuando se realizan campañas largas con pocos cambios de receta. Las pérdidas por cambio, el tiempo necesario para vaciar y volver a arrancar, así como la cantidad de producto de transición, se reparten entonces sobre una gran cantidad de producción. Con muchas tiradas cortas y cambios frecuentes de SKU, esta ventaja puede perderse. En tales situaciones, los mezcladores por lotes suelen ser más flexibles, porque ofrecen límites de lote claros y los pasos de limpieza y purga pueden integrarse mejor en una secuencia referida al lote.
Con independencia del principio de mezclado, la construcción de la instalación para los cambios de producto y la higiene es al menos tan importante como el tipo de mezclador. Las cámaras de mezclado, salidas, tramos de transporte y órganos de dosificación con pocos espacios muertos, bien accesibles y en la medida de lo posible completamente vaciables, reducen las cantidades residuales y simplifican la limpieza. La secuenciación de la producción es también una herramienta importante. Las recetas no críticas pueden programarse antes que las recetas sensibles. Los productos con materias primas similares o ingredientes compatibles pueden agruparse en la medida de lo posible. En el caso de aditivos medicamentosos, puede ser útil un orden de producción que vaya del mayor al menor nivel de inclusión del mismo principio activo, siempre que esto esté permitido desde el punto de vista regulatorio y de aseguramiento de la calidad. Además, puede hacerse pasar un material de purga validado a través del mezclador y de los tramos de proceso posteriores. Su eficacia debe demostrarse analíticamente para el componente crítico correspondiente. La secuenciación de la producción y los procedimientos de purga se consideran, en las directrices sobre piensos, medidas centrales para limitar el arrastre de principios activos.
El mezclador continuo AMK de amixon®: alto caudal, tiempo de residencia corto, homogeneidad constante
¿Mezclar de forma continua o por lotes?
Para el alimento animal, tanto los mezcladores amixon® de funcionamiento continuo como los de funcionamiento por lotes pueden diseñarse para lograr una homogeneidad excelente y reproducible. La elección no determina fundamentalmente la calidad de mezcla, sino el modo de operación, la duración de la campaña, la frecuencia de cambio, el caudal y el tipo de documentación de lote deseado. El mezclador cónico AMK combina ambos modos de operación: puede trabajar de forma continua con un alto caudal y, en caso necesario, también emplearse por lotes para premezclas, cantidades de producción menores o grados de llenado distintos.
Homogeneidad y caudal
El mezclador continuo AMK de amixon® trabaja con la herramienta de mezclado SinConvex®. Esta genera una recirculación forzada tridimensional controlada: el producto se conduce hacia arriba en la zona próxima a la pared, fluye de nuevo hacia abajo en el centro siguiendo la gravedad y se reincorpora a la zona de mezclado exterior. De este modo se generan ciclos recurrentes de producto a través de toda la cámara de mezclado. Los componentes se redistribuyen espacialmente de forma continua, de manera que tanto las formulaciones de alimento animal secas y grasas como las vitaminizadas pueden procesarse de forma homogénea y, al mismo tiempo, respetuosa con el producto.
A diferencia de muchos sistemas de mezclado continuo, en el AMK el caudal y el tiempo de residencia pueden ajustarse por separado. La frecuencia de giro de la herramienta de mezclado determina la intensidad de la recirculación del producto, mientras que el tiempo de residencia se ve influido por el grado de llenado, los órganos de descarga y el flujo másico. Esto permite adaptar la tarea de mezclado de forma específica a la formulación. Las recetas sencillas pueden procesarse con un tiempo de residencia corto; las formulaciones complejas con muchos sólidos, líquidos, grasas, vitaminas o aditivos funcionales reciben un tiempo de residencia correspondientemente más largo. La calidad de mezcla se mantiene reproducible y puede diseñarse como una mezcla aleatoria técnicamente ideal.
El rango de rendimiento del AMK va desde el AMK 50, con aproximadamente 1 a 3 m³/h, hasta el AMK 3000, con aproximadamente 45 a 135 m³/h. El alto caudal resulta especialmente interesante para campañas de producción largas con grandes cantidades de alimento animal o aditivos para piensos del mismo tipo. Al mismo tiempo, el mezclador no está limitado exclusivamente al funcionamiento continuo. Si, por ejemplo, se necesita una premezcla con otra receta, una cantidad menor o un lote con un grado de llenado distinto, el AMK también puede operarse por lotes. La calidad de mezcla se mantiene estable en un amplio rango de grado de llenado; en el ensayo práctico se comprueba si la formulación concreta alcanza la homogeneidad exigida en el rango de aproximadamente el 10 al 100 por ciento del volumen útil previsto.
Cambios sin pérdidas de arranque
Una ventaja decisiva del AMK reside en el funcionamiento regulado de arranque y parada. En muchos procesos continuos, al iniciar se genera una zona de producto cuya composición aún no es estable. Además, al final de una campaña suele quedar una cantidad de transición en el mezclador y en la línea de proceso. Estas cantidades suelen tratarse como producto de arranque, de parada o fuera de especificación. En el AMK de amixon®, este efecto puede evitarse mediante un procedimiento operativo coordinado.
Al comienzo de la producción, el órgano de descarga permanece inicialmente cerrado. Todos los órganos de dosificación gravimétricos arrancan simultáneamente con un flujo másico bajo. Los dosificadores se regulan entre sí mientras el mezclador se llena de forma controlada. En cuanto se alcanza aproximadamente el 80 por ciento del grado de llenado previsto y los flujos másicos funcionan de forma estable, se abre el órgano de descarga. A continuación, el grado de llenado y los flujos másicos se regulan de forma continua. El flujo de producto entregado cumple así, desde la primera descarga regular, la calidad de formulación definida.
Al final de la campaña, los órganos de dosificación no se desconectan de forma abrupta, sino que se reducen de forma controlada y sucesiva. El mezclador sigue procesando el producto aún presente y se vacía de forma continua hasta el final. Gracias a su capacidad de vaciado total, el AMK puede finalizar sin restos de producto relevantes en la cámara de mezclado. Con ello pueden evitarse las pérdidas clásicas de arranque y parada. No obstante, si esto también se aplica a una instalación completa concreta, incluyendo dosificación, técnica de transporte, tamizado, tampones y envasado, debe comprobarse para toda la línea de proceso. El propio mezclador puede aportar una contribución esencial a la reducción de las cantidades de transición y residuales.
Los cambios de producto son a menudo organizativamente más sencillos en un proceso por lotes, porque tras el vaciado completo de un lote existe un límite de receta claro. Esto es especialmente ventajoso con muchas variedades, tamaños de lote pequeños a medianos y altos requisitos de trazabilidad precisa por lote. En el funcionamiento continuo, en cambio, un cambio se controla mediante una fase de transición definida temporalmente. Sin embargo, gracias al vaciado total, la regulación controlada de la dosificación y el tiempo de residencia definido, esta fase de transición puede minimizarse de forma específica en el AMK y conducirse de manera trazable. En cambios muy críticos, por ejemplo entre recetas con aditivos medicamentosos, coccidiostatos, alérgenos o componentes activos especiales, deben validarse no obstante conceptos de limpieza, purga y análisis para toda la instalación.
Líquidos y cuidado del producto
El alimento animal contiene a menudo grasas, aceites, aromas líquidos, melaza, vitaminas, enzimas o aditivos funcionales. El AMK puede diseñarse para la incorporación microfina de líquidos. Según la tarea de mezclado, se dispone de distintas lanzas de líquido, sistemas de pulverización y conceptos de dosificación. Los líquidos se incorporan en el movimiento activo del producto y se distribuyen lo más finamente posible en el lecho de producto. Con ello pueden reducirse la sobrehumectación local, los aglomerados, la formación de depósitos en la pared y la distribución desigual de grasa.
El mezclador puede diseñarse además para humectar, atemperar, secar o conducir reacciones. Según la ejecución, la intensidad de mezclado es ajustable, desde una homogeneización cuidadosa hasta una desaglomeración dirigida. Esto es relevante cuando se procesan componentes grasos, higroscópicos o cohesivos y, al mismo tiempo, deben conservarse estructuras de partícula sensibles, recubrimientos o granulados. La recirculación controlada del producto permite una distribución uniforme con velocidades periféricas de herramienta comparativamente bajas y limita así la solicitación mecánica y térmica.
Para aplicaciones de piensos y alimento animal, la cámara de mezclado puede ejecutarse en ATEX Zona 20. El concepto higiénico puede orientarse a las GMP y admitir limpieza en seco o en húmedo. Las cámaras de mezclado completamente vaciables y bien accesibles, las juntas adecuadas, las aberturas de inspección y los sistemas de limpieza integrados según las necesidades ayudan a que los cambios de producto sean más seguros y reproducibles.
Respaldar la decisión
Un mezclador por lotes ofrece ventajas claras cuando hay muchos cambios de receta, tamaños de lote pequeños y documentación precisa por lote. Cada lote puede pesarse, mezclarse, documentarse y liberarse por separado. Un AMK continuo despliega sus fortalezas con caudales altos y constantes y campañas largas. Gracias al ajuste separado del tiempo de residencia y la intensidad de mezclado, el arranque regulado con la salida cerrada y el vaciado residual continuo, puede ofrecer una calidad uniforme incluso en formulaciones de alimento animal exigentes, sin que se generen las cantidades típicas de arranque y parada como producto fuera de especificación.
La decisión técnica y económica debería tomarse con producto original. En el centro de ensayos de amixon® en la sede central de Paderborn hay disponibles más de 30 instalaciones de prueba en distintos tamaños, complementadas con centros de ensayos en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y EE. UU. Los ensayos se realizan con grados de llenado reales, tamaños de lote y las condiciones de temperatura y presión previstas. Se evalúan la calidad de mezcla, el tiempo de residencia, el comportamiento de regulación, el cuidado del producto, el aporte de energía, la distribución de líquido, el vaciado residual, la limpiabilidad, los tiempos de cambio y la reproducibilidad. Los resultados documentados constituyen la base sólida para seleccionar el proceso de mezclado adecuado y diseñar con seguridad la posterior planta de producción.