Ampliación

Definición

El término «scale-up» se refiere a la transferencia de un proceso desarrollado a escala de laboratorio o de planta piloto a la escala de producción, sin que se pierda la calidad del producto ni la reproducibilidad. En la tecnología de mezcla, esto significa que la calidad de la mezcla, la estructura de las partículas, la humedad residual y el comportamiento de descarga deben alcanzar en el lote a gran escala los mismos valores que en el ensayo.

Principios de similitud

La transferencia se basa en consideraciones de similitud. La similitud geométrica significa que la cámara de mezcla y la geometría del utensilio crecen en la misma proporción. La similitud cinemática se refiere a patrones de flujo comparables, mientras que la similitud dinámica se refiere a una relación constante entre las fuerzas que actúan.

En los sistemas de mezcla con herramienta de mezcla montada horizontalmente, así como en los mezcladores rotativos de caída libre, de tambor y de lanzamiento, se suele mantener constante el número de Froude, es decir, la relación entre las fuerzas de inercia y las de gravedad. En la práctica, esto significa que, a medida que aumenta el radio de la herramienta, disminuye la frecuencia de rotación, mientras que la velocidad periférica se mantiene en un rango similar.

En el caso de los mezcladores verticales con reorganización forzada, el número de Froude no es un criterio de diseño ni de ampliación de escala. Lo determinante en este caso es que el principio de mezcla se mantenga igual en todos los tamaños y que la reorganización abarque todo el espacio de mezcla, independientemente del grado de llenado; la transferibilidad se verifica en el centro técnico con el producto original.

Lo que no se puede escalar

No todos los efectos se rigen por un parámetro específico. La fragmentación de partículas, la abrasión, la formación de polvo, la segregación durante la descarga, la pérdida de propiedades instantáneas y la disipación de calor a través de la pared del recipiente se comportan de manera diferente a gran escala, ya que la relación entre superficie y volumen disminuye y los tiempos de residencia aumentan. Estos efectos solo se manifiestan a una escala experimental cuyo tamaño de lote se aproxime al del lote de producción posterior.

Procedimiento

Un escalado fiable comienza con el ensayo de mezcla del producto original. En un estudio de parámetros se varían sistemáticamente el tiempo de mezcla, la frecuencia de rotación, el grado de llenado, el punto y el orden de adición de los componentes, así como el tipo y la cantidad de aditivos líquidos. Se evalúan la calidad de la mezcla mediante el coeficiente de variación, el grado de vaciado, la protección de las partículas, el aporte de energía y la temperatura del producto.

Los valores validados se documentan y se incorporan al sistema de control de la instalación como un conjunto de datos de la receta. Solo esta documentación permite calcular el riesgo del salto de escala y respalda la decisión de inversión.

Diferenciación

El scale-up no es lo mismo que la ampliación de la capacidad. Si únicamente se adquiere una segunda instalación del mismo tamaño, los parámetros del proceso permanecen inalterados. Se produce un scale-up cuando aumenta el tamaño del lote y, por lo tanto, es necesario adaptar el modo de funcionamiento.