¿Qué sensores de proceso para par, temperatura y humedad son útiles para reconocer los puntos finales de granulación en un mezclador de flujo continuo?
La detección del punto final de la granulación en el mezclador de flujo se logra de la forma más fiable con una combinación de sensórica de par, de temperatura y de humedad. Cada magnitud describe un aspecto distinto del estado del proceso y no debería considerarse de forma aislada.
Par / consumo de potencia
La medición del par del eje o de la potencia de accionamiento es el indicador directo más importante del avance de la granulación. Al aumentar el líquido aglutinante y el crecimiento del grano se incrementan la cohesión, la viscosidad y la resistencia al flujo del producto húmedo. El par transmitido aumenta y forma una curva característica. Una meseta o un valor umbral definido de esta curva marca en la práctica con frecuencia el estado óptimo de granulación. La transición de la humectación a la fase de crecimiento y de densificación se manifiesta en un claro aumento del par y en su posterior estabilización. La medición puede realizarse mediante ejes de medición del par, bandas extensométricas o de forma indirecta mediante la corriente del motor y el consumo de potencia, y es adecuada para el análisis de tendencias y el control estadístico del proceso. En los procesos de granulación continuos, la interpretación es más compleja que en el funcionamiento por lotes, porque hay que valorar estados de funcionamiento estacionarios y flujos de material; aquí se emplean análisis de tendencias y modelos de sensor virtual.
Temperatura
La temperatura del producto describe la situación térmica y energética en la cámara de mezclado. El rozamiento y las fuerzas de cizalla en el lecho de granulado densificado generan calor por rozamiento; la humectación y los procesos de evaporación influyen además en la evolución de la temperatura. Un aumento de la temperatura se correlaciona con frecuencia con una mayor solicitación mecánica y densificación; los descensos de temperatura pueden indicar una evaporación más intensa o una sobrehumectación. La medición se realiza habitualmente con termómetros de resistencia en contacto con el producto o sin contacto mediante sensores de infrarrojos en la salida o en las mirillas. La temperatura proporciona indicios tempranos de una sobregranulación, una sobrehumectación o una sobrecarga térmica y es importante con los principios activos termolábiles para evitar la degradación. Como indicador del punto final se emplea por regla general de forma complementaria al par y a la humedad, no como magnitud objetivo única.
Humedad
El registro en línea del contenido de agua asegura el estado material. La humedad controla las fuerzas capilares y de adhesión, el grado de humectación, el aumento del grano y la estabilidad mecánica de los granulados, y es decisiva para los pasos posteriores como el secado, la compresión en comprimidos y la conservabilidad. Los procedimientos habituales son la espectroscopia de infrarrojo cercano, como método rápido y sin contacto en línea con potencial de regulación en tiempo real, que requiere una calibración quimiométrica, así como la sensórica de resonancia por microondas para la medición volumétrica de la humedad, con una escasa sensibilidad frente a la suciedad. Los sensores capacitivos son económicos y fáciles de integrar, pero dependen más de la matriz y son a menudo menos precisos. La sensórica de humedad permite definir un rango objetivo en el que se alcanzan la estructura de granulado y la propiedad de flujo deseadas, y sirve como señal de referencia para validar las magnitudes de medición mecánicas y térmicas así como para regular la adición de aglutinante.
Combinación razonable y ampliaciones
Ninguna de las magnitudes de medición mencionadas basta por sí sola para detectar de forma robusta el punto final de la granulación en el mezclador de flujo. En la práctica se persigue una fusión multivariante de sensores: el par o la potencia describe el estado mecánico; la temperatura, el estado térmico y energético; la humedad, el estado material. En los conceptos PAT modernos, estas señales se combinan en modelos multivariantes para detectar los puntos finales de forma reproducible, construir estrategias de regulación en lazo cerrado, compensar las variaciones de las materias primas y reducir el rechazo. Opcionalmente se pueden integrar la medición de emisiones acústicas o procedimientos ópticos de análisis del tamaño de partícula, para vincular directamente la morfología del granulado con las señales del proceso.
Así equipa amixon® el mezclador continuo RMG con sensórica de proceso
La sensórica como suministro externo, la integración como competencia de amixon®
amixon® no desarrolla ni fabrica sensores propios. No obstante, los aparatos pueden equiparse con una gran variedad de sistemas de medición adecuados para la supervisión del proceso, para la automatización y para garantizar la seguridad laboral y del producto. Qué principios de medida, tipos de sensor y fabricantes se emplean se determina siempre en función de la aplicación.
amixon® asume la integración técnica y constructiva de la sensórica en el mezclador continuo RMG. Junto con el explotador y su proveedor de instrumentación se definen la selección, la posición de montaje, la ejecución higiénica, el tratamiento de la señal y la conexión al sistema de control superior de la instalación. Lo decisivo es qué magnitud de medida se correlaciona de forma fiable con la calidad de granulado deseada bajo las condiciones reales de proceso.
Los métodos de medición en línea por imagen pueden resultar especialmente reveladores. Permiten registrar de forma continua el tamaño de partícula y, en su caso, también la forma de partícula. Los datos obtenidos pueden utilizarse para supervisar el proceso de granulación y, siempre que el diseño del proceso lo prevea, para regularlo de forma selectiva. Las variables de actuación importantes son, en particular:
- la cantidad añadida o el caudal másico del líquido de granulación,
- la frecuencia de giro de la herramienta mezcladora,
- el caudal másico del sólido,
- la aportación específica de energía y
- en su caso, la temperatura del producto.
También el par de giro, la potencia absorbida, la temperatura y la humedad aportan indicaciones valiosas sobre el estado actual del proceso. Pueden hacer visibles cambios en la humectación, en la formación de aglomerados, en la consistencia del producto o en el comportamiento de adherencia. Si basta una sola magnitud de medida o si deben evaluarse varias señales combinadas depende de la receta, de la calidad de la materia prima y de la conducción del procedimiento.
La comprensión del proceso nace en el centro de ensayos
Para una receta concreta, amixon® puede investigar en el centro de ensayos con el producto original qué magnitudes de medida reflejan de forma más fiable el estado de granulación deseado. Para ello se registran los datos de proceso relevantes y se contrastan con las características de calidad del granulado obtenido, determinadas analíticamente. Los resultados se documentan de forma trazable en el informe de ensayo. Estas investigaciones crean una base sólida para el dimensionado y la posterior puesta en servicio de una instalación de producción. Ayudan a evaluar tempranamente las interacciones entre receta, calidad de la materia prima, humedad de partida, adición de líquido, aportación de energía, velocidad periférica de la herramienta mezcladora, tiempo de permanencia y precisión de dosificación. Así pueden definirse ventanas de operación adecuadas y fijarse parámetros de proceso para una granulación estable y reproducible.
Mezclador continuo RMG: experiencia, servicio y repuestos
El mezclador continuo RMG ha demostrado su valía en determinadas clases de producto y en tareas de mezclado y aglomeración continuos. amixon® fabrica los aparatos correspondientes a petición, presta apoyo en las tareas de mantenimiento y garantiza un suministro de repuestos a largo plazo.
No obstante, el desarrollo adicional de este sistema específico de mezclado y granulación ya no es desde 2010 el foco del trabajo de desarrollo de amixon®. El foco actual está en los mezcladores de precisión para polvos, sólidos y productos pastosos con ejes mezcladores dispuestos en vertical o inclinados. Estos sistemas resultan especialmente adecuados para aplicaciones con altas exigencias de calidad de mezcla, vaciado residual, tratamiento respetuoso del producto, procesos en vacío, tratamiento térmico, así como diseño higiénico y contención.