¿Cómo se comporta el tiempo de mezclado de un mezclador KoneSlid en comparación con los mezcladores de doble cono clásicos?
Un mezclador KoneSlid® alcanza, en muchas tareas de mezclado de polvo, tiempos de mezclado considerablemente más cortos que un mezclador de doble cono clásico. Ambos sistemas se diferencian fundamentalmente en su modo de funcionamiento. El mezclador de doble cono clásico es un mezclador de caída libre formado por dos tolvas soldadas entre sí que rotan como recipiente cerrado alrededor de un eje horizontal. El producto se eleva, se divide, se redistribuye repetidamente y vuelve a caer por efecto de la gravedad. El mezclador KoneSlid®, en cambio, funciona como un mezclador cónico vertical de un solo eje con una herramienta de mezclado accionada activamente. Por ello, su tiempo de mezclado suele ser considerablemente más corto, porque el movimiento del producto se genera de forma dirigida y no surge únicamente de los movimientos pasivos de caída y avalancha de un lecho en rotación.
En el mezclador de doble cono, la mezcla se produce mediante una combinación de convección y mezcla difusa. En cada giro se redistribuyen partes del lecho, pero el intercambio entre zonas de producto espacialmente alejadas es limitado. Este principio es especialmente adecuado para polvos y gránulos de buena fluidez, en gran medida libres de aglomerados, con un tamaño de partícula, una forma de partícula, una densidad aparente y un comportamiento de flujo suficientemente similares. En tales productos, un mezclador de doble cono puede lograr una homogeneización cuidadosa y suficiente. Sin embargo, el tiempo de mezclado necesario suele situarse en el rango de varios minutos y puede ser considerablemente más largo en recetas más exigentes. Depende del grado de llenado, la velocidad de giro, la geometría del recipiente, la receta, la homogeneidad objetivo y el número de vueltas del recipiente necesarias.
El mezclador KoneSlid®, en cambio, genera un flujo de producto tridimensional activo. Una herramienta de mezclado rotativa transporta el producto en espiral hacia arriba en la zona cercana a la pared. En la zona central, el producto vuelve a fluir hacia abajo por efecto de la gravedad. Un cuerpo desplazador cónico redirige la corriente de producto descendente de nuevo hacia la zona de mezclado exterior. De este modo, todo el material a mezclar se recircula continuamente y se distribuye por toda la cámara de mezclado. El flujo convectivo activo acelera considerablemente el intercambio de materia. Para el KoneSlid® se indican, según el producto y la tarea, tiempos de mezclado de aproximadamente 20 a 120 segundos; el número necesario de revoluciones de la herramienta puede ser considerablemente menor que el número de vueltas del recipiente de un mezclador de caída libre.
El tiempo de mezclado más corto no significa automáticamente una solicitación mayor o perjudicial para el producto. El KoneSlid® puede operarse a una velocidad de giro comparativamente baja. El efecto de mezclado se produce sobre todo por la convección tridimensional dirigida, y no por velocidades periféricas altas ni por movimientos de caída incontrolados. Esto puede resultar ventajoso para partículas sensibles, aglomerados frágiles o recetas con poca generación de polvo. Al mismo tiempo, si es necesario, la duración del mezclado, la velocidad de giro y, en su caso, la incorporación de herramientas de mezclado intensivo adicionales pueden ajustarse a la cohesividad, la formación de aglomerados y la homogeneidad deseada.
En recetas complejas con pequeños componentes secundarios, pigmentos o aditivos, un mezclador de un solo eje activo puede resultar especialmente ventajoso. Lo mismo se aplica a mezclas con distintas densidades aparentes, distintos tamaños de partícula o un comportamiento de flujo limitado. Sin embargo, ningún tipo de mezclador puede garantizar de forma general, independientemente de la receta y las condiciones de proceso, alcanzar siempre un determinado coeficiente de variación. Los valores objetivo, como un CV inferior al 5 por ciento, deben demostrarse para la mezcla concreta mediante un plan de muestreo adecuado y un método analítico validado. En proporciones de dosificación muy pequeñas se requieren además premezclas, órdenes de adición adecuados o ayudas de dosificación.
Además del tiempo de mezclado neto, el vaciado y la limpieza influyen en el tiempo total del lote. En el KoneSlid®, un cuerpo desplazador central puede descenderse al finalizar el proceso de mezclado, con lo que se favorece la descarga del producto a través del órgano de salida central. En productos suficientemente fluidos, esto puede permitir un vaciado corto y en gran medida completo. Sin embargo, el tiempo de vaciado real, la cantidad residual y el riesgo de segregación durante la descarga siempre dependen de la cohesividad, la humedad, la estructura de partícula, la sección transversal de descarga y la técnica de transporte posterior.
El consumo específico de potencia de un mezclador convectivo activo puede ser más alto que el de un sistema de caída libre, porque la herramienta de mezclado mueve el producto de forma dirigida. Si de ello resulta un mayor o menor consumo de energía por lote en el conjunto del proceso no puede determinarse de forma general. Depende de la duración del mezclado, el grado de llenado, la resistencia del producto, el rendimiento del accionamiento, la carga, el vaciado y el esfuerzo de limpieza. Una posible ventaja del KoneSlid® reside en que la energía de mezclado se aporta en un tiempo considerablemente más corto y el tiempo total del lote puede reducirse. Sin embargo, una evaluación energética sólida debería basarse en mediciones con el producto concreto.
Por ello, la elección entre el KoneSlid® y el mezclador de doble cono no debería realizarse exclusivamente en función del tiempo de mezclado. Un mezclador de doble cono puede ser una solución económica y cuidadosa con el producto para mezclas de polvo sencillas, de buena fluidez, ya desaglomeradas y poco críticas en cuanto al tiempo. Un mezclador KoneSlid® resulta especialmente interesante cuando se requieren tiempos de lote cortos, una homogeneización precisa, el procesamiento de polvos cohesivos o de composición diferente, la adición de líquido o una adaptación flexible de la intensidad de mezclado. En cualquier caso, el tiempo de mezclado, la calidad de mezcla, el comportamiento de descarga y una posible segregación tras el mezclado deben estudiarse con producto original.
El mezclador KoneSlid® KS: tiempo de mezclado corto, vaciado rápido
El mezclador KoneSlid® KS de amixon® está diseñado para la homogeneización especialmente rápida y, a la vez, cuidadosa de materiales a granel sensibles. Las aplicaciones típicas son productos procedentes del secado por pulverización, la granulación en lecho fluidizado o el secado en cinta, por ejemplo polvos instantáneos para bebidas, derivados de leche en polvo, sopas instantáneas, muesli, té o componentes para productos congelados. Estos productos suelen estar formados por partículas de distinto tamaño, sensibles y, en parte, aglomeradas. El objetivo es alcanzar la homogeneidad requerida sin modificar innecesariamente la estructura de partícula, las propiedades de instantaneización, la solubilidad o la baja generación de polvo.
El mezclador KoneSlid® trabaja con una herramienta de mezclado central accionada activamente. Esta transporta el producto hacia arriba en la zona cercana a la pared, mientras que en la zona central vuelve a fluir hacia abajo por efecto de la gravedad. Un cuerpo desplazador central redirige la corriente de producto descendente de nuevo hacia la zona de mezclado exterior. De este modo se genera una recirculación de producto tridimensional y forzada. Ya después de aproximadamente cuatro revoluciones de la herramienta puede haberse recirculado una vez todo el volumen del lote. Tras unas 20 a 40 revoluciones puede alcanzarse, según la receta, el grado de llenado, la homogeneidad objetivo y las propiedades del producto, la mezcla aleatoria técnicamente ideal. Sin embargo, el número concreto de revoluciones necesarias y el tiempo de mezclado siempre deben confirmarse mediante ensayos con el producto original.
En comparación, los mezcladores clásicos de doble cono y en V son mezcladores de caída libre o de volteo. Todo el recipiente de mezclado rota, mientras el producto se eleva, se divide y vuelve a caer por efecto de la gravedad. La homogeneización se produce mediante la redistribución repetida y los movimientos aleatorios del lecho. El procedimiento es cuidadoso y adecuado para polvos o gránulos de buena fluidez, en gran medida libres de aglomerados. Dado que el intercambio de producto se produce de forma menos dirigida, los mezcladores de doble cono suelen necesitar, en muchos casos, más vueltas del recipiente y tiempos de mezclado más largos que un mezclador KoneSlid® de funcionamiento activo. Sin embargo, la diferencia real depende de la receta, el grado de llenado, la velocidad de giro, la geometría del recipiente y la homogeneidad objetivo.
Con diferencias pronunciadas de tamaño de partícula o densidad aparente, el riesgo de segregación en el mezclador de doble cono puede aumentar. Estos riesgos existen especialmente también durante el vaciado, en trayectos de caída o en el transporte posterior. El KoneSlid® reduce este riesgo mediante su conducción de producto convectiva definida y mediante el tiempo de proceso corto, pero no evita la segregación de forma absoluta únicamente por su geometría. Por ello, la afirmación de una insensibilidad total a las diferencias de densidad no sería técnicamente sólida. Si la mezcla se mantiene estable hasta el envasado debe comprobarse para cada receta mediante ensayos de mezclado, descarga y transporte.
Otra ventaja del KoneSlid® radica en su concepto de descarga. Una vez finalizado el proceso de mezclado, el sistema de cierre central puede descenderse y liberar una gran sección transversal de descarga. En productos suficientemente fluidos, el lote puede vaciarse en cuestión de segundos. Esto puede acortar notablemente el tiempo de lote y reducir los restos de producto. Sin embargo, indicaciones como un vaciado residual del 99,98 por ciento o mejor deben referirse siempre al producto concreto, al grado de llenado real y a la ejecución de aparato correspondiente. Los productos cohesivos, húmedos o adherentes pueden mostrar un comportamiento de vaciado claramente distinto.
El vaciado rápido puede ofrecer ventajas adicionales frente a soluciones con tornillo de descarga o secciones de salida pequeñas. En un producto adecuado puede reducir el tiempo de permanencia en la zona de descarga, disminuir el esfuerzo de limpieza y evitar posibles zonas de acumulación de producto. Sin embargo, afirmaciones como «sin formación de puentes» o «sin segregación» no deben hacerse de forma general, ya que la formación de puentes y la segregación siempre dependen de la cohesividad, la humedad, la estructura de partícula, el contenido de aire, la geometría de descarga y la técnica de transporte posterior.
El KS puede ejecutarse de forma específica para el proyecto conforme a requisitos higiénicos y de seguridad. Esto incluye un diseño ATEX para la zona 20, opciones para operación al vacío o inerte, así como conceptos higiénicos según EHEDG, FDA o 3-A Sanitary Standards. La conformidad concreta se deriva en cada caso de la ejecución acordada y de los requisitos del titular. Las superficies de producto soldadas sin juntas y rectificadas, un órgano mezclador apoyado únicamente en la parte superior, puertas de inspección CleverCut® bien accesibles con juntas OmgaSeal®, órganos de descarga con pocos espacios muertos, así como lanzas de lavado integradas, pueden apoyar la limpieza en seco manual o una limpieza en húmedo validable.
Además del KS, amixon® ofrece distintos tipos constructivos para diferentes tamaños de lote y tareas de proceso. Los mezcladores verticales y cónicos VM, HM y AM, así como los reactores secadores-mezcladores VMT y AMT, pueden ejecutarse, según el proyecto, hasta aproximadamente 50.000 litros. El Gyraton® GM cubre lotes grandes de hasta aproximadamente 100 m³. Para lotes muy pequeños y de desarrollo están disponibles el EM, en el rango de aproximadamente 5 a 200 litros, y el mezclador de contenedor COM, en el rango de aproximadamente 100 a 4.000 litros. El rango de grado de llenado posible puede situarse, según el tipo constructivo, la receta y el diseño del aparato, entre aproximadamente el 10 y el 100 por ciento. Si se alcanza la calidad de mezcla técnicamente ideal en todo el rango debe demostrarse en función del producto.
amixon® puede realizar la comparación entre un mezclador de doble cono existente y el KoneSlid® en su centro de ensayos con producto original. En ella se evalúan no solo el tiempo de mezclado y la homogeneidad, sino también el cuidado del producto, la posible rotura de partículas, el tiempo de vaciado, el vaciado residual, el comportamiento del polvo, la limpiabilidad y la estabilidad de la mezcla tras la descarga y el transporte. Los resultados documentados de los ensayos ofrecen una base de decisión sólida para elegir el principio de mezclado adecuado.