¿Qué ventajas ofrece un mezclador cónico de un eje frente a un mezclador vertical clásico cuando hay materiales de mezcla con grandes diferencias de densidad?
Un mezclador cónico de un solo eje no ofrece, en materiales a mezclar con grandes diferencias de densidad, ninguna ventaja física fundamental frente a un mezclador vertical cilíndrico clásico. Ambos tipos constructivos trabajan con un flujo convectivo forzado: una herramienta helicoidal o de cinta de tornillo rotativa transporta el material a granel hacia arriba a lo largo de la pared del recipiente, mientras que el producto vuelve a fluir hacia abajo en el centro por efecto de la gravedad. Mediante la circulación repetida, los componentes se distribuyen e intercambian espacialmente. Por ello, tanto los mezcladores verticales cónicos como los cilíndricos pueden lograr, con un diseño adecuado, una distribución aleatoria ideal. Esta calidad de mezcla técnicamente ideal ya no puede mejorarse más en la práctica bajo las condiciones de proceso correspondientes.
Sin embargo, las grandes diferencias de densidad aparente siguen siendo una tarea de mezclado exigente. Pueden aumentar la tendencia a la segregación, especialmente durante la descarga, en trayectos de caída, por vibraciones, en el transporte neumático o en recipientes situados aguas abajo. La forma del recipiente por sí sola no evita estos efectos. Además, son decisivos la distribución del tamaño de partícula, la forma de partícula, la cohesividad, la humedad, el grado de llenado, la geometría de la herramienta de mezclado, la velocidad de giro, el orden de adición de las materias primas, el tiempo de mezclado, así como el diseño del tramo de descarga, transporte y envasado. Las diferencias en el tamaño de grano y la densidad aparente se encuentran entre los principales impulsores de la segregación. Por ello, la homogeneidad debe evaluarse no solo al finalizar el proceso de mezclado, sino también durante la descarga y después de las transferencias de material posteriores.
Las ventajas del mezclador cónico de un solo eje residen sobre todo en su conducción de proceso. La geometría del recipiente, que se estrecha hacia abajo, concentra el material a mezclar en la zona de descarga y favorece la descarga del producto asistida por gravedad. En materiales a mezclar suficientemente fluidos, esto puede reducir la cantidad residual y favorecer un vaciado económico. La forma cónica evita superficies de acumulación horizontales y suele permitir un amplio rango de trabajo en los grados de llenado. Sin embargo, el rango de grado de llenado realmente utilizable, el vaciado residual y la velocidad de descarga siempre dependen de la cohesividad, la tendencia a la adherencia, la estructura de partícula, la humedad, la geometría de la herramienta y la ejecución de la válvula de descarga.
En lotes pequeños, el mezclador cónico también puede ofrecer ventajas en la integración de un rotor de corte. Debido al estrechamiento del recipiente, el producto se concentra en la zona inferior. Un rotor de corte situado allí recibe, por ello, un aporte fiable de producto incluso con cantidades de llenado más pequeñas. Esto resulta especialmente ventajoso cuando deben desaglomerarse polvos cohesivos, distribuirse pequeñas cantidades de líquido o fabricarse premezclas de pequeño volumen. La eficacia real depende del grado de llenado, la cohesividad, la resistencia de los aglomerados, la geometría de la herramienta y la velocidad de giro, y debe comprobarse con el producto original.
En mezclas con grandes diferencias de densidad, una humectación específica puede ser conveniente, siempre que sea compatible con la especificación del producto y de la receta. Las partículas finas pueden adherirse así a partículas portadoras más gruesas. Esta aglomeración específica de finos puede reducir la cantidad de fracciones finas libremente móviles y, con ello, disminuir el riesgo de segregación a lo largo del resto de la cadena de proceso. Son requisitos previos una dosificación uniforme y reproducible de pequeñas cantidades de líquido, así como una distribución suficientemente intensa del líquido. La cantidad de adición debe elegirse de modo que no se formen grumos indeseados, sobrehumectación local, cambios en la fluidez ni deterioros de la calidad. Si la humectación realmente mejora la estabilidad de la descarga debe comprobarse para cada receta mediante ensayos de mezclado, almacenamiento, transporte y envasado.
El mezclador vertical cilíndrico clásico tiene sus puntos fuertes sobre todo en volúmenes de lote grandes. Con el mismo diámetro exterior, una cámara de mezclado cilíndrica aprovecha el volumen constructivo disponible de forma más eficiente que un cono. Esto puede ser económicamente ventajoso con una superficie de instalación limitada, caudales altos o grandes volúmenes útiles. La geometría uniforme del recipiente puede diseñarse para procesos estables de lote grande. Si un mezclador cilíndrico puede vaciarse tan bien como un mezclador cónico para una receta determinada depende de la geometría del fondo, la válvula de descarga, las distancias entre la herramienta y la pared, y las propiedades de flujo del producto.
Por ello, la selección en caso de grandes diferencias de densidad no debe basarse en una supuesta mayor seguridad frente a la segregación del mezclador cónico. Lo decisivo es qué mezclador, en combinación con la receta, el orden de carga, los parámetros de mezclado y la cadena de proceso posterior, alcanza y mantiene la homogeneidad requerida hasta el envasado. Esto incluye, en su caso, premezclas para componentes minoritarios, una humectación específica para la aglomeración de finos, una geometría de descarga poco propensa a la segregación, así como una técnica de transporte y envasado adaptada al material a mezclar. Un lote puede ser idealmente homogéneo en la cámara de mezclado y, sin embargo, volver a segregarse posteriormente durante el vaciado o el transporte.
Mezclador cónico de un solo eje AM frente a los mezcladores verticales clásicos
El mezclador cónico de un solo eje amixon® AM y los mezcladores verticales clásicos de amixon® trabajan según el mismo principio de mezclado fundamental: una herramienta de cinta de tornillo SinConvex® transporta el material a mezclar hacia arriba en la zona cercana a la pared, mientras que en el centro vuelve a fluir hacia abajo por efecto de la gravedad. Esta combinación genera un flujo total tridimensional en el que las zonas de producto se redistribuyen continuamente. Con un diseño adecuado, tanto los mezcladores cónicos como los mezcladores verticales cilíndricos pueden alcanzar una mezcla aleatoria técnicamente ideal. Esto se aplica también a componentes con distintas densidades aparentes, tamaños de partícula y propiedades de flujo.
Las grandes diferencias de densidad aparente siguen siendo, en principio, una tarea exigente, ya que pueden favorecer la segregación, especialmente después del propio mezclado. Las situaciones críticas surgen a menudo durante la descarga, en trayectos de caída, por vibraciones, durante el transporte o en el envasado. El mezclador cónico de un solo eje no evita tales efectos únicamente por la geometría de su recipiente. La ventaja radica más bien en la recirculación del producto controlada, intensa y, al mismo tiempo, comparativamente de baja velocidad de giro. Con velocidades periféricas de aproximadamente 0,8 a 3,5 m/s, el producto se recircula de forma continua sin favorecer una separación centrífuga pronunciada. La velocidad de giro adecuada, la duración del mezclado y el orden de carga se derivan siempre del comportamiento del producto y de la tarea de mezclado.
La geometría cónica del AM ofrece una ventaja desde el punto de vista de la ingeniería de procesos, especialmente en la descarga. El material a mezclar se conduce hacia el órgano de salida central. En productos de flujo libre puede lograrse un vaciado residual muy completo. Esto reduce las pérdidas de producto, facilita los cambios de receta y disminuye el esfuerzo de limpieza y liberación. Sin embargo, la cantidad residual realmente alcanzable depende de la estructura de partícula, la cohesividad, la humedad, la tendencia a la adherencia, la válvula de descarga y el modo de operación. Por ello, una indicación como «99,98 por ciento» solo debe utilizarse como valor demostrado de forma concreta para un producto definido y una ejecución de aparato concreta, no como una promesa de rendimiento general.
El cono amplía además la ventana de grado de llenado utilizable hacia valores más bajos. Debido a la geometría del recipiente que se estrecha, incluso una pequeña cantidad de producto se recoge de forma eficaz en la zona cercana al fondo. Esto es ventajoso cuando en el mismo mezclador se procesan lotes pequeños y grandes, o cuando se requiere una premezcla con una cantidad de llenado reducida. Con una ejecución adecuada, un rotor de corte puede recibir un aporte suficiente de producto incluso con un grado de llenado bajo. Esto favorece la desaglomeración de polvos cohesivos y la incorporación uniforme de pequeñas cantidades de líquido. Si un determinado grado de llenado funciona de forma segura en el proceso debe demostrarse para la receta correspondiente mediante ensayos con producto original.
Los mezcladores verticales cilíndricos clásicos, como el VM y el HM, ofrecen sus puntos fuertes particulares en volúmenes de lote grandes. Con el mismo diámetro exterior, una cámara de mezclado cilíndrica aprovecha mejor el espacio constructivo disponible que un recipiente cónico. Esto puede ser decisivo desde el punto de vista económico con caudales altos, superficie de instalación limitada y grandes volúmenes útiles. El mezclador de doble eje HM, además, puede posibilitar tiempos de mezclado cortos gracias a dos corrientes de producto superpuestas. La elección entre AM, VM y HM se rige, por tanto, por el espectro de lotes, el rango de grado de llenado, el tiempo de mezclado requerido, las exigencias de descarga, la superficie de instalación, la altura constructiva, el comportamiento del producto y la estrategia de limpieza, y no por una supuesta mejor calidad de mezcla general de una determinada forma de recipiente.
Los tipos constructivos de amixon® disponen de opciones higiénicas y de ingeniería de procesos comunes. Entre ellas se encuentran las cámaras de mezclado y las válvulas de salida con pocos espacios muertos, las superficies en contacto con el producto soldadas sin juntas y rectificadas, los órganos mezcladores apoyados únicamente en la parte superior sin paso de eje inferior en la zona del producto, las adiciones de líquido, los rotores de corte, así como un diseño para zonas con riesgo de explosión de polvo hasta ATEX zona 20. Para aplicaciones críticas desde el punto de vista higiénico son posibles, según la configuración concreta del proyecto, ejecuciones conforme a EHEDG y considerando los requisitos de la FDA y de 3-A. Las grandes puertas de inspección CleverCut® y las juntas OmgaSeal® mejoran la accesibilidad a las zonas en contacto con el producto. Las lanzas de lavado integradas o la limpieza en húmedo totalmente automática pueden apoyar la limpieza; si se requiere una limpieza en seco o en húmedo lo determinan el producto, los requisitos higiénicos y la estrategia de cambio.
El programa de tamaños constructivos de amixon® permite adaptarse a distintos tamaños de lote. Los mezcladores verticales y cónicos como el VM, el HM y el AM, así como los reactores secadores-mezcladores como el VMT y el AMT, pueden ejecutarse, según la tarea, en tamaños constructivos escalonados de hasta aproximadamente 50.000 litros. El Gyraton® GM cubre lotes grandes en el rango de aproximadamente 10 a 100 m³. Para lotes más pequeños están disponibles el mezclador de un solo eje EM, con aproximadamente 5 a 200 litros, y el mezclador de contenedor COM, para aproximadamente 100 a 4.000 litros. El rango de grado de llenado técnicamente utilizable puede situarse, con un diseño adecuado, entre aproximadamente el 10 y el 100 por ciento del volumen útil; la idoneidad concreta depende, sin embargo, del producto y de la ejecución de mezclador elegida.
Para productos con grandes diferencias de densidad se recomienda una comparación directa en condiciones realistas. En el centro de ensayos de amixon® pueden estudiarse con producto original el tiempo de mezclado, la homogeneidad, la desaglomeración, la incorporación de líquido, el vaciado residual, el tiempo de cambio y la limpiabilidad. Además, la mezcla debe muestrearse no solo directamente en el mezclador, sino también después de la descarga, el transporte y el envasado. Esto permite asegurar que la homogeneidad alcanzada se mantenga a lo largo de toda la cadena de proceso.