¿Cómo obtengo una recomendación fundamentada de idoneidad del mezclador a partir de datos del producto (densidad aparente, tamaño de partícula, humedad)?
Una recomendación fundamentada de idoneidad del mezclador no puede derivarse únicamente de la densidad aparente, el tamaño de partícula y la humedad. Estos datos son un punto de partida importante, pero deben complementarse con información sobre el comportamiento de flujo, la cohesión, la abrasividad, la estabilidad térmica, la sensibilidad a la cizalla, la tendencia a la segregación y la tarea de mezclado concreta. La selección definitiva debería asegurarse siempre mediante ensayos con el producto original.
La densidad aparente es relevante sobre todo para el dimensionamiento del recipiente, la dosificación, la cantidad de llenado y el accionamiento. Determina qué masa de producto se mueve en el mezclador para un volumen determinado. Sin embargo, de la densidad aparente por sí sola no pueden derivarse de forma fiable ni el par necesario ni la calidad de mezcla. Para ello son decisivos además el comportamiento de flujo, la fricción interna, la cohesión y la consistencia del producto. Deberían conocerse tanto la densidad aparente suelta como la compactada, especialmente cuando las materias primas llegan al mezclador de forma distinta tras el transporte neumático, el almacenamiento o la compactación.
La distribución granulométrica influye considerablemente en el comportamiento de mezclado y en el riesgo de segregación. Grandes diferencias en el tamaño de partícula, la densidad, la forma o el estado superficial pueden provocar segregación. Especialmente en polvos de libre fluidez, la diferencia de tamaño entre los componentes es a menudo un factor determinante de la segregación. La sola selección del mezclador no puede eliminar por completo este riesgo. También la carga, la duración del mezclado, la descarga, el almacenamiento intermedio y el transporte posterior deben diseñarse de modo que no se produzca una nueva segregación.
Los polvos finos y cohesivos no necesitan automáticamente un mezclador con una elevada energía de cizalla. Primero debe aclararse si realmente es necesario disolver los aglomerados y si el producto soporta la cizalla necesaria. Una cizalla elevada puede disolver los aglomerados, pero también dañar las partículas, generar abrasión, aportar calor o favorecer la segregación posterior. En los productos sensibles suele ser más adecuado un movimiento de producto suave y convectivo. Si se requiere una desaglomeración definida, puede emplearse de forma selectiva una herramienta adicional de trituración o intensiva.
La humedad influye fuertemente en el comportamiento de flujo. Puede formar puentes líquidos entre partículas y con ello aumentar la cohesión, la formación de grumos y las adherencias. En algunos polvos muy ligeros o que generan polvo, una adición de humedad pequeña y selectiva puede incluso mejorar la manipulación. Por ello son decisivos no solo el valor absoluto de humedad, sino también la distribución de la humedad, el tipo de líquido, la cantidad de adición, el momento de adición y la reacción de los distintos componentes de la formulación.
Para una recomendación fiable deberían determinarse además la función de flujo, la fricción con la pared, el ángulo de reposo, la compresibilidad, la tendencia a formar polvo, la abrasividad, la pegajosidad y el comportamiento térmico. Los ensayos con célula de cizalla pueden registrar, por ejemplo, la cohesión y la fricción con la pared. Estos valores característicos son especialmente importantes cuando la instalación también debe cargarse, vaciarse o dosificarse de forma fiable.
Tan importante como los datos de la sustancia es la tarea de proceso. Deben definirse la proporción de mezcla, el tamaño de lote, la calidad de mezcla deseada, el tiempo de mezclado admisible, la proporción y la vía de dosificación de los microcomponentes, el cambio de producto, los requisitos de limpieza, así como posibles procesos adicionales como la humectación, el recubrimiento, la termorregulación, el secado al vacío o la desaglomeración. También la cuestión de si el proceso debe operarse de forma discontinua o continua influye considerablemente en la selección.
Los componentes de libre fluidez y similares suelen poder procesarse con mezcladores de funcionamiento suave. En los productos cohesivos, húmedos o con tendencia a la adherencia se requieren normalmente herramientas de mezclado activamente movidas y, en su caso, un rascado de pared adaptado. Las pastas o las masas muy húmedas necesitan un principio de mezclado distinto al de los polvos secos y de libre fluidez. En los productos muy sensibles a la cizalla, la conservación de la estructura de partícula debe tener prioridad sobre la máxima intensidad de mezclado.
La selección debería realizarse en varios pasos. En primer lugar se describen las materias primas y la tarea de mezclado. A continuación se evalúan el comportamiento de flujo, el riesgo de segregación y la intensidad de mezclado necesaria. Sobre esta base pueden acotarse los principios de mezclado adecuados. Solo después se diseñan el volumen del aparato, el rango de grado de llenado, la geometría de la herramienta, la velocidad de giro, la potencia de accionamiento y, en su caso, funciones adicionales.
Los ensayos en el centro de ensayos con el producto original siguen siendo el paso decisivo. Muestran si se alcanza realmente la calidad de mezcla exigida, si se produce segregación durante la descarga, cómo de sensible reacciona el producto a la energía de mezclado y si la limpieza y el escalado son posibles de forma segura para el proceso. Por ello, una recomendación fundamentada de idoneidad del mezclador es siempre la combinación de datos de la sustancia, objetivos de proceso claramente definidos y validación experimental.
De los datos de producto a la recomendación de mezclador
Una recomendación de mezclador fundamentada comienza en amixon® con un análisis estructurado de requisitos. La densidad aparente, la distribución granulométrica y la humedad aportan indicios importantes, pero por sí solas no son suficientes para seleccionar un sistema de mezclado. De forma complementaria se consideran el comportamiento de flujo, la cohesión, la pegajosidad, la abrasividad, la sensibilidad a la cizalla, la estabilidad térmica, la tendencia a formar polvo y, en su caso, los valores característicos de protección contra explosiones.
Igual de importantes son los objetivos de proceso. Entre ellos figuran el tamaño y el rango de lote, la calidad de mezcla deseada, la proporción y la vía de dosificación de los microcomponentes, el tiempo de mezclado admisible, la adición de líquido, la desaglomeración, la termorregulación, el secado, los requisitos de limpieza, la contención, así como el vaciado residual deseado. También se tienen en cuenta la carga, la descarga y las vías de transporte posteriores, porque una mezcla ya homogénea puede volver a segregarse por un transporte de producto desfavorable.
Análisis de valor útil para la selección
Sobre esta base, amixon® puede elaborar un análisis de valor útil. Este contrapone las características individuales de necesidad del explotador con las propiedades de los aparatos y conceptos de proceso adecuados. Los criterios se ponderan, se evalúan y se documentan de forma transparente.
Los posibles criterios de evaluación son la calidad de mezcla, la protección del producto, el tamaño de lote, el rango de grado de llenado, la limpiabilidad, el vaciado residual, la capacidad de secado, el aporte de energía, la automatización, la ejecución de materiales, la protección contra explosiones, el gasto de inversión y los costes de explotación a largo plazo. De este modo pueden combinarse de forma sistemática las particularidades de necesidad y las propiedades de los aparatos. El análisis de valor útil no sustituye a un ensayo, pero crea una base comprensible para la preselección.
Acotar el concepto de aparato
Sobre la base del análisis se acota el principio de mezclado adecuado. Para polvos secos o ligeramente húmedos con elevadas exigencias de homogeneidad pueden ser adecuados los mezcladores verticales o cónicos. Para productos sensibles, sensibles a la rotura o con tendencia a la segregación, prima el movimiento de producto suave. En productos cohesivos, con tendencia a la adherencia o húmedos pueden ser necesarias herramientas de mezclado activamente movidas, un rascado de pared o una desaglomeración selectiva.
Cuando además se exigen termorregulación, secado al vacío o pasos de reacción, entran en consideración los secadores-mezcladores de vacío y reactores-mezcladores como el VMT o el AMT. Estos aparatos son adecuados para polvos, suspensiones, pastas y masas, y pueden operarse bajo presión o vacío.
Sin embargo, la idoneidad de un aparato no debe derivarse únicamente de la forma o del tamaño constructivo. El rango de grado de llenado, la geometría de la herramienta, la velocidad de giro, la formulación, las variaciones de materia prima y la intensidad de mezclado deseada deben considerarse conjuntamente. Una elevada calidad de mezcla con un producto o un grado de llenado no es automáticamente transferible a cualquier otra formulación o lote.
Verificación en el centro de ensayos
La preselección se verifica a continuación con el producto original. En el centro de ensayos pueden estudiarse la calidad de mezcla, el tiempo de mezclado, la protección del producto, la tendencia a la segregación, la distribución de líquidos, la evolución de la temperatura, el aporte de energía, la limpiabilidad y el vaciado residual. En los procesos al vacío se evalúan además el tiempo de secado, la humedad residual, la evolución del vacío y la temperatura del producto.
De los datos de ensayo surgen recomendaciones fiables para el tamaño del aparato, la herramienta de mezclado, el rango de velocidad de giro, el grado de llenado, el tiempo de proceso, la secuencia de dosificación y, en su caso, el perfil de termorregulación o de secado. De este modo, amixon® combina la evaluación de los datos de producto con un análisis de valor útil transparente y la validación práctica en condiciones cercanas a la realidad.