Dimensionesanálisis
El análisis dimensional ayuda a desarrollar fórmulas de cálculo a partir de experimentos.
El análisis dimensional es un método por el cual las magnitudes físicas se rastrean hasta sus unidades de base (por ejemplo, longitud, tiempo, masa) y se convierten en ecuaciones coherentes con las unidades, normalmente basadas en el Sistema Internacional de Unidades (SI). En ingeniería de procesos experimentales, suele utilizarse para convertir fenómenos observados empíricamente en fórmulas que siguen siendo válidas independientemente del sistema de unidades utilizado.
Estas ecuaciones permiten describir cuantitativamente los efectos de la ingeniería de procesos, por ejemplo, durante la trituración, molienda, aglomeración o dispersión. Aunque formalmente parezcan físicamente correctas, se basan esencialmente en relaciones observadas. Las leyes físicas subyacentes aún no se han descubierto. Por ello, se denominan aproximaciones dimensionalmente coherentes.
En la práctica, el análisis dimensional es una herramienta valiosa para modelizar, escalar y transferir los resultados de las pruebas en plantas piloto a los procesos industriales.
Un ejemplo es la ley Rittinger. Esta ecuación se basa en el supuesto de que la energía necesaria para la trituración es proporcional a la nueva superficie generada, lo que se aplica relativamente bien a la trituración fina.
- E: Necesidad específica de energía (por ejemplo, kJ/kg)
- x1: Diámetro inicial del grano (m)
- x2: Diámetro del grano final (m)
- kR: constante de Rittinger; depende del material en la dimensión: [m³/s²])
FAQ - Dimensionesanálisis
Un escalado asegurado se basa en la combinación de la semejanza geométrica, la selección de números característicos relevantes para el proceso y una verificación metrológica y basada en modelos a escala intermedia y de producción.
amixon® convierte el escalado en una transferencia asegurada: los mezcladores del centro de ensayos y de producción trabajan con un principio de mezclado idéntico, la herramienta SinConvex® a la misma velocidad periférica de 0,8 a 3,5 m/s; la calidad de mezcla es independiente del grado de llenado y los tamaños se seleccionan en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros. Los parámetros se validan previamente en el centro de ensayos con el producto original.
Asegurar los ensayos de escalado del centro de ensayos a la producción en la fabricación de alimentos para animales exige una combinación sistemática de caracterización del proceso, análisis de semejanza, diseño estadístico de experimentos, metrología y cualificación formal.
amixon® planifica los ensayos de escalado en el centro de ensayos de modo que los objetivos del operador, unas cantidades de producto realistas y una escala de tamaño adecuada se reúnan pronto. Tiempo de mezclado, velocidad periférica, grado de llenado, adición de líquido y otros parámetros relevantes se varían sistemáticamente y se documentan con el producto original. Una ventaja particular es que amixon® puede asegurar la calidad de mezcla incluso con relaciones de receta muy amplias, hasta 1:100.000 y con un coeficiente de variación de la calidad de mezcla inferior al 5 %. Los resultados se transfieren así de forma sólida a la producción antes de invertir.
El dimensionado de un mezclador vertical para rangos de lote amplios, típicamente de 1:5 a 1:10 entre llenado mínimo y máximo, exige una consideración combinada de geometría, potencia de accionamiento, mecánica de sólidos a granel y magnitudes características del proceso.
amixon® convierte el escalado en una transferencia asegurada: los mezcladores del centro de ensayos y de producción trabajan con el mismo principio de mezclado con la herramienta SinConcave®/SinConvex®, de modo que la calidad de mezcla es independiente del grado de llenado. Los tamaños se seleccionan en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros. Los parámetros se validan previamente en el centro de ensayos con el producto original.
La transferencia reproducible de una receta de la escala de laboratorio o del centro de ensayos a la escala de producción en un mezclador vertical de un eje se basa en que el principio de mezclado permanece igual en todos los tamaños y en que la recirculación abarca toda la cámara con independencia del grado de llenado; la transferibilidad se asegura mediante el ensayo en el centro de ensayos con el producto original.
amixon® convierte el escalado en una transferencia asegurada: los mezcladores del centro de ensayos y de producción trabajan con un principio de mezclado idéntico, la herramienta SinConvex® a la misma velocidad periférica de 0,8 a 3,5 m/s; la calidad de mezcla es independiente del grado de llenado y los tamaños se seleccionan en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros. Los parámetros se validan previamente en el centro de ensayos con el producto original.
El escalado de los procesos de mezclado de la escala piloto a la de producción exige la transferencia deliberada de las semejanzas geométrica, cinemática y dinámica, con el fin de asegurar tanto la calidad de mezcla como la integridad de las partículas en todas las escalas.
amixon® dispone de procedimientos de escalado consolidados: los mezcladores del centro de ensayos y de producción trabajan con principios de mezclado casi congruentes – cintas helicoidales SinConcave®/SinConvex® con brazos conformados como palas y velocidad periférica variable de 0,8 a 3,5 m/s – y los grados de llenado variables no suelen presentar dificultad. Los tamaños de mezclador amixon® se seleccionan en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros. Los parámetros se validan previamente en el centro de ensayos con el producto original. El silo mezclador Gyraton® alcanza calidades de mezcla ideales hasta 100 m³.
Un escalado de un mezclador de 20 litros a un mezclador de 2.000 litros para fórmulas infantiles conlleva riesgos considerables sin valores de experiencia sólidos.
Un escalado de bajo riesgo de 20 litros a 2.000 litros para fórmulas infantiles se logra de la forma más segura mediante ensayos en el centro de ensayos con el producto original, para examinar la calidad de mezcla, la suavidad con el producto y la estabilidad de proceso en condiciones reales. El centro de ensayos de amixon® dispone para ello de 35 mezcladores de ensayo de hasta 3 m³, lo que ofrece el máximo grado de proximidad al proceso y de seguridad para la posterior escala de producción.
El escalado de un proceso de mezclado de la escala de laboratorio o del centro de ensayos a la escala de producción es una tarea compleja e interdisciplinar de la ingeniería de procesos.
amixon® convierte el escalado en una transferencia asegurada: los mezcladores del centro de ensayos y de producción trabajan con un principio de mezclado idéntico, la herramienta SinConvex® a la misma velocidad periférica de 0,8 a 3,5 m/s; la calidad de mezcla es independiente del grado de llenado y los tamaños se seleccionan en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros. Los parámetros se validan previamente en el centro de ensayos con el producto original.
El escalado del laboratorio a la producción en pulvimetalurgia es una tarea exigente de la ingeniería de procesos, porque la calidad de mezcla depende en gran medida de los tamaños de partícula, las diferencias de densidad, las fuerzas de cohesión y la geometría del mezclador.
amixon® resuelve el problema del escalado por vía constructiva: el principio de mezclado permanece congruente desde el mezclador piloto hasta la planta de producción. Esto se aplica también a la geometría de las herramientas de cinta helicoidal SinConvex®/SinConcave® y a la conducción de los flujos. La función de mezclado es independiente del grado de llenado. Los tamaños se adaptan a la necesidad en pasos de 100 litros y son seleccionables lotes de hasta 50.000 litros. A petición, la calidad de mezcla se verifica previamente en el centro de ensayos.
El escalado de mezclas de especias de la escala de laboratorio o del centro de ensayos a la producción busca asegurar a mayor escala la calidad de mezcla alcanzada, tiempos de mezclado comparables y la suavidad con el producto, aunque la cantidad de material a granel, el tamaño de la instalación y el entorno de proceso cambien notablemente.
amixon® planifica el programa de ensayos junto con el operador. Solo en Paderborn hay disponibles 35 instalaciones de prueba. Otros mezcladores de ensayo de amixon® pueden utilizarse en India, China, Estados Unidos, Tailandia, Japón y Corea. Las mezclas de ensayo se realizan mayoritariamente con lotes de 400 litros.
Los ensayos piloto son la etapa intermedia decisiva entre la escala de laboratorio y la de producción, para reconocer y dominar tempranamente los riesgos de escalado en las mezclas de materiales para baterías.
amixon® planifica el programa de ensayos junto con el operador: 35 instalaciones de prueba, producto original, grados de llenado y parámetros reales. Tiempo de mezclado, velocidad periférica, grado de llenado y, en su caso, adición de líquido se varían sistemáticamente; calidad de mezcla (RSD), grados de vaciado y suavidad con el producto se miden y documentan, y la máquina de destino se dimensiona sobre esta base.
La escalabilidad de un mezclador de laboratorio depende sobre todo de la geometría, los parámetros de proceso, las propiedades de los materiales y la calidad de producto verificada. Lo decisivo es que la homogeneidad y la distribución de los principios activos sigan siendo reproducibles del laboratorio a la escala de producción, con análisis y ensayos piloto adecuados.
amixon® convierte el escalado en una transferencia asegurada: los mezcladores del centro de ensayos y de producción trabajan con un principio de mezclado idéntico, la herramienta SinConvex® a la misma velocidad periférica de 0,8 a 3,5 m/s; la calidad de mezcla es independiente del grado de llenado y los tamaños se seleccionan en pasos de 100 litros hasta 50.000 litros. Los parámetros se validan previamente en el centro de ensayos con el producto original.
El escalado de gránulos alimentarios instantáneos designa la transferencia proporcional de un proceso optimizado en el laboratorio o en el centro de ensayos a una planta de producción a gran escala, con el objetivo de conservar las propiedades de producto alcanzadas.
amixon® planifica el programa de ensayos junto con el operador: 35 instalaciones de prueba, producto original, grados de llenado y parámetros reales. Tiempo de mezclado, velocidad periférica, grado de llenado y, en su caso, adición de líquido se varían sistemáticamente; calidad de mezcla (RSD), grados de vaciado y suavidad con el producto se miden y documentan, y la máquina de destino se dimensiona sobre esta base.
El escalado de los procesos de mezclado y aglomeración se apoya en las semejanzas geométrica, cinemática y dinámica, en números adimensionales como los números de Froude, Reynolds, Newton y Weber, en datos de proceso y de producto como la potencia absorbida, la aportación de energía específica, la distribución granulométrica y la resistencia del grano, así como en modelos empíricos, mecanicistas y basados en balances de población, verificados en ensayos con el producto original.
amixon® escala mediante la semejanza física en lugar de reglas empíricas: velocidad periférica constante de 0,8 a 3,5 m/s en lugar de unas revoluciones constantes, principio de mezclado SinConvex® idéntico en todos los tamaños, calidad de mezcla independiente del grado de llenado. Las consideraciones basadas en números característicos, como la semejanza de Froude, se verifican mediante ensayos en el centro de ensayos con el producto original, nunca se sustituyen por ellas.
Para el escalado de las técnicas de mezclado verticales, como los mezcladores cónicos de tornillo y los mezcladores verticales de palas o helicoidales, en la práctica industrial se han consolidado varios enfoques basados en la geometría, en números característicos y en la potencia.
amixon® escala mediante la semejanza física en lugar de reglas empíricas: velocidad periférica constante de 0,8 a 3,5 m/s en lugar de unas revoluciones constantes, principio de mezclado SinConvex® idéntico en todos los tamaños, calidad de mezcla independiente del grado de llenado. Las consideraciones basadas en números característicos, como la semejanza de Froude, se verifican mediante ensayos en el centro de ensayos con el producto original, nunca se sustituyen por ellas.
Un escalado matemático de los aglomeradores-mezcladores de capa anular es extremadamente difícil, porque faltan conocimientos sólidos sobre qué efectos en la capa anular conducen a la aglomeración y cuáles fragmentan de nuevo los aglomerados formados.
El escalado de los aglomeradores-mezcladores de capa anular es extremadamente difícil. Faltan conocimientos sólidos sobre qué efectos en la capa anular conducen a la aglomeración y sobre cuáles fragmentan los aglomerados formados.
La conversión de los tiempos de mezclado en el escalado se basa en la semejanza geométrica entre el recipiente de laboratorio y el de producción, así como en la selección deliberada de criterios de semejanza adecuados, como la aportación específica de potencia o la velocidad periférica.
amixon® escala mediante una frecuencia de recirculación definida, una geometría constante y ensayos en el centro de ensayos, del mezclador de laboratorio a la planta de producción de gran volumen, asegurando calidades de mezcla ideales hasta 1:100.000.