¿Qué tipos de mezcladores de contenedor existen y en qué se diferencian?
Las mezcladoras de contenedores pueden dividirse fundamentalmente en dos grupos: los sistemas en los que el propio contenedor sirve como cámara de mezcla, y las instalaciones basadas en contenedores, en las que contenedores estándar llevan el producto hasta una mezcladora estacionaria y lo recogen de nuevo tras el proceso de mezcla. A esto se suman distintos principios de mezcla. Están especialmente extendidas las mezcladoras de caída libre o de volteo, en las que se mueve todo el recipiente, así como las mezcladoras de contenedores con una herramienta de mezcla accionada activamente. Los tipos constructivos se diferencian sobre todo en su efecto de mezcla, la protección del producto, la idoneidad para formulaciones exigentes, el contenimiento y la logística de limpieza y producción.
La idea fundamental de una mezcladora de contenedores consiste en integrar el recipiente de transporte o de reserva en el proceso de mezcla. El recipiente se llena, se acopla a una unidad de accionamiento o estación de mezcla, se mezcla allí y a continuación se transporta, almacena o lleva directamente a la siguiente etapa del proceso como recipiente de producto cerrado. En el caso más favorable, el llenado, el mezclado, el almacenamiento intermedio, el transporte y el vaciado tienen lugar en el mismo IBC. A diferencia de esto, una mezcladora estacionaria dispone de una cámara de mezcla instalada de forma permanente. El producto se transfiere desde uno o varios contenedores a la mezcladora, se procesa allí y a continuación se descarga de nuevo en un contenedor, un recipiente de proceso o una instalación de envasado.
La utilidad práctica del concepto de contenedor radica sobre todo en la eliminación o reducción de las transferencias de producto. Cada operación de trasvase constituye una fuente potencial de emisiones de polvo, pérdidas de producto, contaminación cruzada, segregación y exposición del operador. Cuando el producto permanece el mayor tiempo posible en el mismo recipiente cerrado, disminuye el número de estas interfaces críticas. Esto resulta especialmente relevante en materias primas alergénicas críticas, principios activos de alta potencia, y polvos tóxicos, irritantes o de olor intenso. El mezclado basado en contenedores permite además que un IBC se limpie, llene o prepare para la descarga mientras en la estación de mezcla ya se está procesando otro recipiente. De este modo, el mezclado, la limpieza y la logística pueden desacoplarse en el tiempo; en caso de cambios de formulación frecuentes, esto puede aumentar notablemente la disponibilidad de la instalación.
La forma más simple de mezcladora de contenedores es la mezcladora de caída libre o de volteo. En este caso, el recipiente cerrado se aloja en un bastidor y se gira o mueve alrededor de un eje horizontal o, en su caso, de varios ejes. En el interior, las partículas se elevan repetidamente, vuelven a caer, se dividen y se reagrupan de nuevo. Por ello, el efecto de mezcla se basa principalmente en el flujo libre y la redistribución del producto a granel. Las mezcladoras de caída libre suelen ser muy suaves, porque trabajan sin herramientas de mezcla de rotación rápida, sin cizallamiento intenso ni aportes de fuerza locales elevados. Los granulados frágiles, los aglomerados quebradizos o las partículas sensibles a la abrasión pueden conservarse bien en condiciones adecuadas. Un bin blender o mezcladora de volteo tipo IBC es una ejecución típica de este principio.
Sin embargo, la especial suavidad de una mezcladora de caída libre está sujeta a requisitos claros. Los componentes deben ser secos, tener buena fluidez y ser lo más similares posible en tamaño de partícula, densidad aparente y comportamiento de flujo. No deben tener tendencia a la adherencia, a la formación de grumos ni a una carga electrostática pronunciada. También el grado de llenado del recipiente debe ajustarse a la geometría y a la secuencia de movimiento. Si los componentes tienen densidades o tamaños de partícula muy diferentes, pueden seguir trayectorias de movimiento distintas durante el flujo libre. En ese caso existe el riesgo de que la mezcla no mejore, sino que vuelva a segregarse. Esto se aplica especialmente a polvos muy finos y cohesivos, a productos húmedos o pegajosos, a formulaciones con componentes dosificados en pequeñas cantidades y a mezclas con propiedades de materia prima muy diferentes. Por ello, una mezcladora de caída libre no debe seleccionarse únicamente por su gran suavidad con el producto. Su idoneidad debe comprobarse en la práctica con la formulación real y el grado de llenado previsto.
Un segundo tipo constructivo son las mezcladoras de contenedores con una herramienta de mezcla activa. En este caso, el recipiente sigue siendo, en principio, la cámara de mezcla durante el mezclado. Sin embargo, un cabezal de mezcla se introduce en el contenedor desde arriba o desde el lateral y genera una recirculación de producto definida. La herramienta puede mover el producto a granel de forma tridimensional y captarlo de manera selectiva desde distintas zonas del recipiente. Esto permite abordar también tareas de mezcla más exigentes, por ejemplo cuando los componentes tienen densidades aparentes y tamaños de partícula diferentes, cuando debe incorporarse de forma homogénea una cantidad muy pequeña de un aditivo, o cuando deben introducirse líquidos, suspensiones, pastas o componentes húmedos.
Una mezcladora de contenedores activa puede tener una ventana de aplicación considerablemente más amplia que una mezcladora de caída libre pura. Puede generar un flujo de producto dirigido, disolver aglomerados, evitar nidos locales de materia prima y mejorar la homogeneidad incluso en productos de flujo más difícil. Sin embargo, la mayor capacidad de proceso conlleva un reto constructivo: la herramienta de mezcla debe sumergirse en el recipiente y retirarse de nuevo tras el proceso de mezcla. Para ello es necesaria una abertura del contenedor comparativamente grande. En productos que generan polvo, tóxicos, peligrosos para la salud o de olor intenso, esta interfaz abierta resulta exigente, porque al introducir y retirar la herramienta puede liberarse polvo. Por ello, un contenedor con herramienta de mezcla activa resulta especialmente adecuado para productos que requieren un efecto de mezcla preciso y activo, pero cuyo potencial de generación de polvo y de peligrosidad es controlable, o para los que existe un concepto de contenimiento adecuado.
Otra variante importante es la instalación de mezcla basada en contenedores con mezcladora estacionaria. En este caso, el contenedor en sí no constituye la cámara de mezcla. Los IBC estándar sirven como recipientes de reserva y de recogida cerrados. Se acoplan a la entrada de una mezcladora fija instalada, el producto se transfiere de forma estanca al polvo a la cámara de mezcla y, tras el proceso de mezcla, se descarga de nuevo en un IBC. El proceso de mezcla tiene lugar, por ejemplo, en una mezcladora cónica, una mezcladora vertical u otra mezcladora de precisión estacionaria. Este concepto combina las ventajas logísticas de los contenedores estandarizados con una cámara de mezcla cuya herramienta, geometría, adición de líquidos, atemperado, técnica de vacío y órgano de descarga pueden diseñarse de forma específica para cada formulación.
Una instalación de mezcla estacionaria con conexión a IBC estándar suele ser la solución más robusta para productos a granel que generan polvo, tóxicos, alergénicos críticos, de olor intenso o de alta potencia. Los IBC estándar suelen disponer de una boca de llenado y una boca de descarga con las válvulas de cierre adecuadas. Pueden conectarse a estaciones de acoplamiento de forma estanca al polvo. Según la tarea, estas estaciones pueden equiparse con dispositivos de pesaje, ayudas de vibración, filtros, válvulas automatizadas o soluciones de contenimiento ampliadas. Así, las transferencias de producto siguen siendo controlables aunque la mezcladora constituya un espacio de proceso independiente. Para tareas de mezcla complejas, adiciones de líquido, productos húmedos, propiedades de materia prima muy diferentes o altas exigencias de homogeneidad, este concepto suele resultar más adecuado que una mezcladora de volteo tipo IBC pura.
Por ello, la diferencia entre un contenedor como cámara de mezcla y una mezcladora estacionaria con conexión a contenedores no radica únicamente en la técnica de mezcla, sino también en la organización de la producción. Cuando se mezcla el propio contenedor, la estación de mezcla puede permanecer en gran medida libre de producto. El IBC se retira tras el proceso, se transporta y, si es necesario, se limpia fuera de la estación de mezcla. Esto facilita los cambios de formulación y puede reducir la contaminación cruzada. Para ello deben existir suficientes contenedores, superficies de estacionamiento, posibilidades de limpieza y una logística de recipientes que funcione. Cuando se utiliza una mezcladora estacionaria, deben limpiarse y validarse la cámara de mezcla, las vías de producto, las válvulas de descarga y, en su caso, los internos. A cambio, la mezcladora puede diseñarse para un gran número de formulaciones diferentes y optimizarse para tareas de mezcla exigentes.
En caso de cambios de producto frecuentes y tamaños de carga moderados, el concepto de IBC puede resultar especialmente económico. Mientras se mezcla un recipiente, ya puede llenarse otro IBC con materias primas. Un tercer recipiente puede limpiarse, comprobarse o prepararse para el envasado. Así, la propia estación de mezcla no tiene que esperar a que se limpie o se prepare el siguiente contenedor. En cambio, en el caso de cargas grandes y constantes, una mezcladora estacionaria puede ofrecer ventajas, ya que proporciona un alto rendimiento por superficie de instalación y puede operarse de forma eficiente para una familia de productos constante.
La elección del contenedor adecuado es tan importante como la elección de la mezcladora. No son decisivos únicamente el volumen nominal y las dimensiones exteriores. El contenedor debe adaptarse al comportamiento de flujo del producto. Un IBC redondo puede vaciarse de forma más favorable, mientras que un recipiente de sección cuadrada aprovecha mejor el espacio disponible. El ángulo del cono, el diámetro de la boca de descarga, el tipo de válvula de cierre y el acabado superficial influyen en si el polvo puede descargarse de forma segura, lo más completa posible y sin segregación. En productos cohesivos, húmedos, susceptibles de carga electrostática o con tendencia a formar puentes, pueden ser necesarias salidas de descarga más grandes, conos más pronunciados, ayudas de vibración adecuadas u otras ayudas de flujo. Para productos críticos son además importantes la estanqueidad de las válvulas, la idoneidad para la limpieza húmeda o seca, la calidad superficial, así como posibles conceptos WIP o CIP.
Las mezcladoras de contenedores de caída libre no forman parte del programa de producción de amixon GmbH. Para los procesos de mezcla basados en contenedores, amixon® ofrece tres conceptos diferentes: la mezcladora de bidones EM para bidones normalizados, la mezcladora de contenedores clásica COM, en la que el propio contenedor de producto a granel sirve como cámara de mezcla, y la mezcladora cónica AM, que se llena y se vacía con contenedores estándar de producto a granel. Los sistemas se diferencian sobre todo en el tamaño de carga, el principio de mezcla, el contenimiento del producto, el esfuerzo de limpieza y la posibilidad de desacoplar en el tiempo las distintas etapas de trabajo en la producción.
La mezcladora de bidones EM está diseñada para su uso con bidones normalizados. Se llena automáticamente con el contenido de un bidón conectado y procesa cargas de hasta el tamaño de un bidón normalizado de 200 litros. El sistema resulta especialmente adecuado para cargas pequeñas a medianas, cuando las materias primas ya se suministran en bidones o cuando el tamaño de carga debe limitarse deliberadamente al volumen del bidón. El punto fuerte particular de la mezcladora de bidones reside en su integración compacta y sencilla en procesos basados en bidones. Al mismo tiempo, su limitación radica en el tamaño de carga máximo: para cantidades mayores, altos caudales o una logística de producción basada en IBC, suele resultar más ventajoso otro concepto de mezcla.
La mezcladora de contenedores clásica COM trabaja con el contenedor de producto a granel como recipiente de mezcla. El contenedor se posiciona en la estación de mezcla y se abre. A continuación, una herramienta de mezcla helicoidal de funcionamiento dinámico desciende desde arriba hacia el interior del lecho de polvo. Durante el proceso de mezcla genera una recirculación de producto tridimensional dirigida. Al finalizar el trabajo de mezcla, la herramienta de mezcla se retira lentamente del producto en funcionamiento reversible. La carga ya mezclada permanece en el mismo contenedor y puede transportarse directamente, almacenarse de forma intermedia, envasarse o conducirse a la siguiente etapa del proceso.
La ventaja esencial del concepto COM consiste en que el contenedor acompaña el recorrido del producto a través de la producción. Las materias primas pueden prepararse en el contenedor, la mezcla se genera en el mismo recipiente, y también el transporte del producto terminado se realiza sin un nuevo trasvase. Con ello se eliminan puntos de transferencia adicionales. Un menor número de transferencias reduce el riesgo de pérdidas de producto, liberación de polvo, contaminación cruzada y segregación. Además, un contenedor usado puede limpiarse, o puede prepararse otro contenedor con materias primas, mientras en la estación de mezcla ya se está procesando la siguiente carga.
Gracias a la herramienta de mezcla helicoidal activa, la mezcladora de contenedores COM no se limita a mezclas de caída libre pura. Puede generar un flujo de producto definido y, por ello, también resulta adecuada para tareas de mezcla más exigentes. Los componentes con densidades aparentes diferentes, distintos tamaños de partícula o proporciones de dosificación bajas pueden distribuirse de forma más selectiva que en una mezcladora de volteo o de caída libre pura. Asimismo, en principio también pueden incorporarse líquidos o componentes húmedos al producto a mezclar, siempre que el comportamiento del producto, la duración de la mezcla y la conducción del proceso se ajusten en consecuencia.
Sin embargo, la característica constructiva particular del COM consiste en que la herramienta de mezcla debe sumergirse en el contenedor desde arriba. Por ello, el contenedor necesita una gran superficie de sección abierta. En productos no críticos, que no generan polvo, no tóxicos y neutros en olor, esto suele ser fácilmente controlable. En polvos que generan polvo, peligrosos para la salud, alergénicos críticos o de alta potencia, esta interfaz resulta más exigente. Al introducir y, especialmente, al retirar la herramienta de mezcla puede liberarse polvo. Para tales productos, un sistema cerrado con IBC estándar y estaciones de acoplamiento estancas al polvo suele resultar más adecuado.
El tercer concepto es la mezcladora cónica amixon® AM, que se llena y se vacía con contenedores estándar de producto a granel. A diferencia del COM, en este caso el IBC no es la cámara de mezcla. Sirve como recipiente de reserva, transporte y recogida. El proceso de mezcla propiamente dicho tiene lugar en la mezcladora cónica instalada de forma fija. Un contenedor estándar lleno de materias primas se acopla a la boca de llenado de la mezcladora. Tras abrir la válvula, el producto a granel fluye hacia la cámara de mezcla. A continuación se cierra la válvula de llenado, se retira el contenedor y comienza el proceso de mezcla. Al finalizar el tiempo de mezcla, se posiciona un IBC vacío bajo la mezcladora y se llena con el producto terminado.
Este concepto combina las ventajas logísticas de los IBC estandarizados con la alta flexibilidad de proceso de una mezcladora de precisión estacionaria. La mezcladora cónica puede diseñarse para formulaciones complejas, propiedades de partícula diferentes, altas exigencias de homogeneidad y, en su caso, adiciones de líquido. Al mismo tiempo, fuera del proceso de mezcla las materias primas y el producto terminado permanecen en recipientes cerrados y transportables. Esto puede resultar especialmente ventajoso para productos que generan polvo, tóxicos, de olor intenso, alergénicos críticos o de alto valor. Las transferencias entre el contenedor y la mezcladora pueden asegurarse con estaciones de acoplamiento estancas al polvo, válvulas de cierre adecuadas, básculas, ayudas de vibración, filtros y técnica de contenimiento adicional.
Una ventaja importante de la mezcladora cónica con logística de IBC estándar consiste en el desacoplamiento temporal y espacial de las distintas etapas de producción. Las materias primas pueden reunirse y pesarse en el contenedor mientras la mezcladora todavía se está limpiando o está procesando un pedido anterior. Mientras la carga ya mezclada se envasa o se transporta, la mezcladora puede ya procesar la siguiente carga. Por ello, la carga, el mezclado, el vaciado, el envasado, la limpieza de la mezcladora, la limpieza del contenedor y la limpieza de las máquinas posteriores no tienen que realizarse necesariamente de forma sucesiva. Precisamente en el caso de cambios de producto frecuentes y un gran número de formulaciones diferentes, pueden reducirse los tiempos de espera y mejorar el rendimiento de producción.
En caso de altura de sala limitada, la mezcladora cónica AM puede ejecutarse con un sistema de elevación y descenso. En una instalación de mezcla basada en contenedores clásica, normalmente se necesitarían tres niveles: un nivel para el contenedor de reserva lleno por encima de la mezcladora, el nivel de la mezcladora y un nivel para el contenedor de recogida por debajo de la mezcladora. La altura de edificio necesaria resulta de la altura de ambos contenedores y de la cámara de mezcla situada entre ellos. Con un sistema de elevación y descenso, la mezcladora puede bajarse para el llenado. El contenedor de reserva se coloca sobre la boca de llenado y se vacía. Después se retira el contenedor, la mezcladora sube y se coloca un contenedor de recogida vacío bajo la salida. De este modo puede realizarse una instalación de mezcla basada en contenedores incluso cuando la altura de sala no es suficiente para una instalación de tres niveles superpuestos.
En productos con buena fluidez, la mezcladora cónica puede vaciarse de forma prácticamente completa. Esto reduce las pérdidas de producto, facilita los cambios de formulación y disminuye el riesgo de que las cantidades residuales de la carga anterior influyan en la siguiente mezcla. Según los requisitos del proceso, la mezcladora y el contenedor pueden pesarse. La mezcla terminada puede descargarse no solo en contenedores estándar, sino también en big bags, sacos o directamente en una máquina de envasado. Las bocas de entrada y salida pueden equiparse con dispositivos de acoplamiento, soluciones de contenimiento o conjuntos de conexión para big bags.
La limpieza también es un criterio de selección esencial. En la mezcladora cónica estacionaria, las puertas de inspección de gran tamaño permiten un buen acceso a la cámara de mezcla. Según el producto y el concepto higiénico, la instalación puede limpiarse en seco o en húmedo. Mientras se limpia la instalación de mezcla, otros contenedores pueden llenarse, limpiarse, prepararse o llevarse al envasado. El desacoplamiento entre el tiempo de mezcla, el tiempo de limpieza y la logística de contenedores aumenta la flexibilidad de la instalación en su conjunto.
La mezcladora de bidones EM resulta, por tanto, especialmente adecuada para cargas basadas en bidones de hasta unos 200 litros. La mezcladora de contenedores COM es ventajosa cuando el contenedor de producto a granel debe ser al mismo tiempo recipiente de mezcla, almacenamiento y transporte, y cuando el producto es poco crítico en cuanto a polvo, olor y peligrosidad. La mezcladora cónica AM con carga y descarga mediante IBC estándar resulta especialmente adecuada para tareas de mezcla mayores o más exigentes, para formulaciones con altas exigencias de calidad de mezcla, para productos que generan polvo o son peligrosos para la salud, así como para plantas de producción que desean organizar de forma flexible la carga, el mezclado, el envasado y la limpieza.