¿Existen proveedores con sedes de centros de ensayos en Alemania para realizar ensayos y pruebas de escalado?
Escalado y conducción de ensayos en el centro de ensayos industrial
Sí, en Alemania existe un panorama bien desarrollado de centros de ensayos e instalaciones piloto que pueden utilizarse específicamente para ensayos de escalado, desarrollo de procedimientos y validación de procesos. Estas instalaciones cierran la brecha crítica entre los ensayos de laboratorio a escala de gramos o kilogramos y la producción industrial a escala de toneladas. Las operan tanto prestadores de servicios de ingeniería especializados, constructores de instalaciones y fabricantes de maquinaria como centros de investigación y universidades independientes de los fabricantes.
Los focos regionales se sitúan, entre otros, en regiones de fuerte presencia química (por ejemplo Rin-Meno, Rin-Ruhr, Alemania Central), así como en Baviera y Baden-Wurtemberg. Muchos proveedores trabajan bajo estricta confidencialidad (NDA) y facilitan informes de ensayo específicos del producto, incluidos los datos de medición y las recomendaciones de dimensionado.
Objetivo típico de los ensayos de escalado en el centro de ensayos
El objetivo central de un centro de ensayos es minimizar el riesgo tecnológico y financiero del aumento de escala del laboratorio a la instalación de producción. En el centro de ensayos:
- se realizan ensayos de ingeniería de procesos en escalas comprendidas típicamente entre 1:10 y 1:100 de la posterior instalación de producción
- se lleva a cabo la caracterización del proceso en condiciones próximas a las de producción (temperatura, presión, caudal)
- se efectúan ensayos de material con cantidades de producto relevantes para el aseguramiento estadístico
- se determinan parámetros de dimensionado como la aportación específica de energía, el tiempo de permanencia y los coeficientes de transmisión de calor y de materia
- se adaptan las formulaciones y las composiciones a las condiciones de proceso industriales
En el primer plano está la validación, en condiciones próximas a la realidad, de los datos determinados a escala de laboratorio, ya que la semejanza geométrica por sí sola no suele bastar para garantizar un comportamiento de proceso idéntico a gran escala.
Principios metodológicos de la transferencia de escala
El escalado técnico se basa esencialmente en la teoría de la semejanza y en el análisis dimensional. Con ayuda de números adimensionales se desarrollan correlaciones que después se comprueban en el centro de ensayos, por ejemplo:
- el número de Reynolds para el comportamiento de flujo y de mezclado
- el número de Nusselt para la transmisión de calor
- los números de Damköhler y de Froude para la relación entre la cinética de reacción y los procesos de transporte o de movimiento
- otros números característicos de escalado para valorar la semejanza dinámica y térmica
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.
En el centro de ensayos se determina experimentalmente cuáles de estos números son limitantes para el proceso concreto. Sobre esa base se fijan los factores de escalado de la instalación industrial y se identifican los posibles riesgos de transferencia.
Equipamiento técnico típico de los centros de ensayos alemanes
Las instalaciones de los centros de ensayos tienen por regla general una estructura modular, para poder reproducir con flexibilidad distintas operaciones básicas y etapas de ingeniería de procesos. Los tipos de instalación y los equipamientos típicos comprenden:
Sistemas de reactores
- reactores discontinuos y continuos, también bajo presión y bajo gas inerte
- geometrías de agitación variables, conceptos de termorregulación y de refrigeración
Técnica de mezclado y de acondicionamiento
- instalaciones de mezclado y de agitación (continuas y por lotes)
- instalaciones de extrusión y de compounding
Técnica de trituración y de clasificación
- molinos, clasificadores, tamizadoras
Equipos de secado y de conformado
- secadores por atomización, de lecho fluido y de contacto
- instalaciones de granulación y de compactación
Downstream processing / técnica de separación
- instalaciones de filtración, de centrifugación y de membranas
- columnas de rectificación y otros procedimientos térmicos de separación
Analítica y vigilancia del proceso
- analítica de proceso en línea (PAT) para la vigilancia en tiempo real de concentraciones, distribuciones granulométricas, viscosidades, etc.
- analítica de laboratorio para el control de calidad y la caracterización del producto
Infraestructura y seguridad
- suministro de gases técnicos, vacío, vapor y medios de proceso
- dimensionado según los estándares de seguridad relevantes (por ejemplo zonas ATEX para medios inflamables)
- cumplimiento de las normas y directivas europeas y nacionales (por ejemplo la Directiva de máquinas, la Directiva de equipos a presión, la ley alemana de gestión de aguas WHG)
Ventajas de un centro de ensayos local en Alemania
Un centro de ensayos situado en Alemania ofrece a la industria de fabricación y de proceso varias ventajas:
- proximidad logística a la propia planta y a las cadenas de suministro, con menor esfuerzo de transporte y de coordinación
- integración directa de los equipos internos de ingeniería en la planificación, la conducción de los ensayos y la evaluación, con lo que los ciclos de iteración entre cálculo, ensayo y optimización se acortan notablemente
- documentación y ejecución de los ensayos conformes a las normas según los reglamentos europeos, lo que facilita la transferencia de los resultados a conceptos de instalación autorizables en el Espacio Económico Europeo
- confidencialidad y protección de la propiedad intelectual mediante una colaboración regulada por NDA e informes de ensayo detallados y específicos del proyecto
Procedimiento recomendado para un escalado exitoso en el centro de ensayos
Antes de comenzar los ensayos en el centro de ensayos se recomienda una preparación estructurada:
- definición de las magnitudes objetivo y de los criterios de calidad del producto final
- fijación de las materias primas y valoración de su constancia entre lotes
- descripción de las condiciones marco de la posterior instalación de producción, por ejemplo la capacidad, el suministro de energía y de medios, las exigencias de seguridad
- selección de las magnitudes de medida relevantes para el balance y la vigilancia del proceso (balances de masa y de energía, parámetros críticos del proceso)
- fijación de los criterios de escalado (semejanza geométrica, dinámica y térmica)
Una planificación sistemática de los ensayos, por ejemplo según el principio del diseño de experimentos (Design of Experiments, DoE), aumenta la solidez de los resultados y reduce el número necesario de ensayos.
El centro de ensayos de amixon®: ensayos, escalado y optimización de procesos con sólidos secos, húmedos o en suspensión
35 instalaciones de prueba: de la escala de laboratorio a la instalación piloto
En la sede central de Paderborn, amixon® opera un centro de ensayos con 35 instalaciones de prueba de distintos tamaños constructivos. Con ellas se pueden reproducir procesos de forma realista desde la escala pequeña hasta la instalación piloto. Incluso con cantidades limitadas de producto se obtienen conclusiones fiables para la escala de producción. Además, en todo el mundo hay centros de ensayos disponibles en Japón, India, Tailandia, China, Corea del Sur y los Estados Unidos.
Condiciones reales en lugar de extrapolaciones
Se investigan tanto procesos de mezclado (mezclar, homogeneizar, granular, aglomerar, humectar, recubrir) como procesos de secado y de reacción (secado al vacío, procesos térmicos, síntesis). Los ensayos se realizan con el producto original, en el rango previsto de temperatura y presión, con grados de llenado y tamaños de lote reales, así como con la aportación de energía prevista. Se evalúan la calidad de mezcla, la protección del producto, la aportación de energía, la limpiabilidad y la reproducibilidad en el posterior funcionamiento en serie.
Realización conjunta, evaluación y documentación
Los ensayos se llevan a cabo, se evalúan y se documentan junto con los expertos de amixon®. El objetivo es seleccionar el aparato óptimo y los parámetros de proceso adecuados para la aplicación concreta, incluidos el desarrollo de la formulación y la optimización del proceso. El resultado es una base de decisión sólida: confirmación de los parámetros de proceso en condiciones reales, aseguramiento de la calidad del producto y de la rentabilidad, así como minimización de los riesgos técnicos y económicos antes de la inversión.
Transición sin discontinuidades a la producción
Como los mezcladores de ensayo y de producción trabajan con el mismo principio de mezclado (herramienta SinConvex®, velocidad periférica de 0,8–3,5 m/s, calidad de mezcla independiente del grado de llenado) y hay tamaños disponibles en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros, los parámetros del centro de ensayos se transfieren directamente a la máquina de destino. También después de la puesta en marcha, amixon® presta apoyo en los cambios de producto y en el escalado con ingeniería de procesos, desarrollo de producto y optimización del proceso.
La fabricación en Paderborn como fundamento de la calidad
amixon® desarrolla y fabrica exclusivamente en la planta de Paderborn, con el mayor grado de integración de fabricación y con todos los componentes procedentes de Alemania. Como empresa certificada y cualificada en soldadura con acreditaciones europeas, japonesas, coreanas y americanas, amixon® construye cada aparato como una pieza única a partir de las URS del explotador. El control de calidad permanece íntegramente en la propia casa y cada especificación es demostrable hasta el nivel del componente. Esta soberanía de fabricación asegura al mismo tiempo el suministro a largo plazo. Cada componente se puede volver a fabricar de forma reproducible incluso décadas después.
Servicio a lo largo de todo el ciclo de vida
Tras la puesta en marcha, amixon® permanece al lado del explotador: las inspecciones periódicas y el mantenimiento preventivo aseguran la disponibilidad, si se desea con mantenimiento predictivo. Determinadas piezas de desgaste se suministran ya con la primera entrega, y la mayoría de los repuestos se almacenan en la sede de Paderborn y en los puntos de servicio de Japón y los Estados Unidos. De ese modo queda garantizado un servicio de repuestos de por vida, incluso cuando los proveedores originales dejan de existir. Muchas máquinas de amixon® llevan más de 30 años en servicio diario. La modernización y el reequipamiento las mantienen al nivel más actual del estado de la técnica.