¿Qué sensórica en línea (par, temperatura, humedad) resulta útil para la supervisión del proceso en mezcladores?
Para la supervisión del proceso en el mezclado de polvos, el par o el consumo de potencia, la temperatura y la humedad son las magnitudes de medición más importantes. Sin embargo, aportan informaciones distintas y deben interpretarse de forma específica para cada producto. Ninguna de estas magnitudes demuestra por sí sola una calidad de mezcla suficiente. Especialmente para determinar la homogeneidad se requieren correlaciones validadas y específicas del producto, o métodos PAT complementarios.
El par o el consumo de potencia del accionamiento de mezclado es una señal indirecta útil en la práctica. Puede indicar cambios en el comportamiento de flujo, la compactación, la tendencia a la adherencia o el grado de llenado. En los procesos de humectación, granulación o desaglomeración, una evolución característica del par puede indicar un estado de proceso definido. Sin embargo, una meseta en el par no significa automáticamente que todos los componentes del polvo estén distribuidos de forma homogénea. Las señales son especialmente adecuadas para la protección de la instalación y la detección de bloqueos, sobrecargas o estados de producto inusuales. La medición puede realizarse directamente en el eje o de forma indirecta a través del consumo de potencia activa del motor.
En los polvos secos, la medición de temperatura es relevante sobre todo para supervisar el calor de fricción, los procesos de termorregulación, el secado y las reacciones críticas para la seguridad. Los sensores Pt100 o los termopares pueden instalarse en la pared del recipiente, en la zona del producto o en la camisa de termorregulación. El punto de medición debe elegirse con cuidado: una temperatura de pared no es automáticamente idéntica a la temperatura de todo el lecho de producto. Varios puntos de medición pueden resultar útiles cuando se esperan gradientes de temperatura, calentamiento local o una transmisión de calor desigual.
La medición de humedad es especialmente importante cuando la humedad influye en la fluidez, el comportamiento frente al polvo, la aglomeración, la estabilidad de almacenamiento o la calidad del producto final. Esto se aplica, por ejemplo, a la granulación, la humectación, el secado y el recubrimiento. Los sistemas de medición espectroscópica de humedad en línea (NIR) pueden registrar la humedad, y con una calibración adecuada también otras características de calidad, de forma rápida y sin contacto. Sin embargo, la medición se refiere a la zona que el sensor alcanza ópticamente. Por ello deben tenerse en cuenta la ventana de medición, las adherencias, el movimiento de partículas y la representatividad del punto de medición. La sensórica NIR se emplea también para supervisar mezclas de polvo y para determinar un punto final de mezclado.
Los sensores de humedad por microondas o capacitivos pueden ser una alternativa según la aplicación. Las mediciones por microondas captan volúmenes de producto mayores que las mediciones ópticas de superficie, pero también requieren una calibración específica del producto. Los sensores capacitivos son económicos y robustos, pero a menudo reaccionan con mayor intensidad a los cambios de formulación, densidad o temperatura.
Magnitudes de medición complementarias útiles son el nivel de llenado, la velocidad de giro del órgano mezclador, la presión, el vacío, el contenido residual de oxígeno, el caudal de gas, las vibraciones y las temperaturas de los cojinetes y las juntas. En los productos con riesgo de explosión de polvo, los sensores, los pasacables y las conexiones de proceso deben ser conformes con ATEX o IECEx. En los polvos abrasivos son además importantes unas ventanas de sensor resistentes al desgaste y una posición de montaje protegida.
Una medición directa e inline del tamaño de partícula en la cámara de mezclado es, en los polvos secos, técnicamente compleja y no es un estándar. Se emplea más bien en tramos de medición especiales o en conductos de transporte posteriores. La conductividad y el pH, en cambio, son magnitudes de medición típicas de los sistemas líquidos y no son relevantes para los procesos de mezclado en seco puros.
Los datos de proceso se registran a través del control de la máquina y pueden transferirse a un sistema de control de proceso o a sistemas superiores de control y de producción. Las interfaces habituales son, por ejemplo, 4–20 mA, HART, IO-Link o estándares de comunicación y de bus de campo normalizados. Con ello pueden realizarse registros por lote, curvas de tendencia, supervisión de valores límite, alarmas y mantenimiento orientado al estado.
En resumen, la combinación de par o consumo de potencia, temperatura y humedad ofrece una imagen sólida del proceso de polvo. El par muestra los cambios mecánicos, la temperatura registra la generación de calor y la humedad describe una influencia esencial en el comportamiento de flujo, la aglomeración y la estabilidad del producto. Para una detección fiable del punto final, estas señales deben comprobarse y calibrarse con el producto original, y validarse frente a análisis de calidad adecuados.
Así integra amixon® la sensórica en los procesos de polvo
amixon® diseña la sensórica de proceso y la automatización de forma específica para cada proyecto. En el centro están las magnitudes de medición que hacen comprensible el estado del producto, el aporte de energía y la reproducibilidad del lote. Las señales típicas son el par o el consumo de potencia del accionamiento, la temperatura del producto, la humedad y el nivel de llenado. En los procesos al vacío se añaden la presión, la atmósfera gaseosa, la evolución del vapor y la cantidad de condensado.
El par y el consumo de potencia aportan indicios sobre el comportamiento de flujo, la compactación, las adherencias, la humectación y las alteraciones del estado del producto. En los procesos de granulación, humectación o desaglomeración, una evolución característica de la señal puede indicar un estado de proceso definido. Sin embargo, el par por sí solo no es una prueba universalmente válida de la homogeneidad de la mezcla. Su capacidad informativa se estudia y se calibra para cada formulación con el producto original.
La supervisión de la temperatura sirve para controlar el calor de fricción, la termorregulación, el secado y los productos térmicamente sensibles. Los puntos de medición pueden disponerse en la zona del producto, en la pared del recipiente o en la camisa de termorregulación. En los secadores-mezcladores de vacío y en los reactores de las series VMT y AMT, la presión del sistema, la temperatura del producto y la evolución del vapor complementan la supervisión del proceso. La combinación de estas magnitudes favorece la evaluación del avance del secado y la definición de un punto final de secado reproducible.
La medición de humedad es especialmente relevante en la humectación, la granulación, el recubrimiento y el secado. Según el producto, pueden emplearse métodos de medición NIR, por microondas o capacitivos. Los puntos de medición se diseñan de modo que, en condiciones reales de movimiento de partículas, polvo, abrasión y posible adherencia, aporten señales fiables. Un tomamuestras integrado puede complementar los datos en línea mediante muestras de producto selectivas.
Sensórica en el centro de ensayos
En el centro de ensayos de amixon®, según indicaciones de la empresa, hay disponibles más de 35 máquinas de prueba para ensayos de mezclado, acabado, vacío y secado. Algunos de estos mezcladores de prueba disponen de sensórica especial en la herramienta de mezclado, en la pared lateral del recipiente y en la zona del fondo.
Con ello pueden registrarse las solicitaciones mecánicas locales en el lecho de producto en distintas posiciones y evaluarse de forma espacial. Los datos de medición muestran cómo se distribuyen las fuerzas de contacto, las solicitaciones de cizalla y el aporte de energía en la cámara de mezclado. Ayudan a comprender mejor el movimiento del producto y a identificar las zonas de solicitación críticas.
Estos conocimientos son especialmente valiosos para el diseño de grandes mezcladores de polvo. Favorecen la selección de la herramienta de mezclado, la velocidad de giro, el grado de llenado y el tiempo de mezclado. Así puede asegurarse el escalado de la máquina del centro de ensayos a la instalación de producción con el producto original.
Automatización y punto final
Los aparatos amixon® se diseñan sobre la base de la especificación de requisitos de usuario (URS). La sensórica, los puntos de medición, las funciones del PLC, el registro por lote y las interfaces con el sistema de control se definen en el proyecto. Los programas de mezclado pueden guardarse en el PLC y ejecutarse de forma reproducible lote a lote.
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 entornos regulados pueden tenerse en cuenta en la automatización los requisitos de integridad de datos, derechos de usuario, pista de auditoría y documentación electrónica de lotes.
Un punto final fiable no surge de un único valor de sensor. amixon® determina en el centro de ensayos qué combinación de par, temperatura, humedad, evolución de la presión, tiempo de mezclado y análisis de producto resulta informativa para la formulación en cuestión. Estos datos de ensayo constituyen la base para el diseño de la sensórica y el programa de mezclado de la posterior instalación de producción.