Número de Froude
Definición
El número de Froude (símbolo Fr) es un parámetro adimensional que describe la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas de gravedad en un flujo. En la técnica de mezcla, se refiere al movimiento de la herramienta de mezcla y se calcula a partir de la velocidad periférica v de la herramienta, el radio r de la herramienta y la aceleración gravitaria g:
Fr = v² ÷ (g · r)
Alternativamente, puede expresarse mediante la frecuencia de rotación n. Lo fundamental es que este parámetro pone en relación dos influencias contrapuestas: la aceleración con la que el utensilio mueve el producto a mezclar y la fuerza de gravedad que lo hace retroceder.
Importancia para la tecnología de mezcla
El número de Froude caracteriza el régimen de movimiento del material a granel. Con valores bajos, predomina la gravedad; el producto se desliza y rueda. A medida que aumenta el número de Froude, el material a mezclar es lanzado y aireado cada vez más, hasta que el aporte de energía es tan elevado que pueden producirse daños en las partículas, segregación por densidad o calentamiento indeseado. El rango adecuado para una tarea concreta depende del producto y del objetivo del proceso, y se determina mediante ensayos.
Ámbito de aplicación y delimitación
El número de Froude se refiere a mezcladoras rotativas de caída libre, de tambor y de lanzamiento, así como a sistemas con herramienta de mezcla montada horizontalmente. En el caso de los mezcladores verticales con reordenación forzada, no constituye un criterio de diseño ni de ampliación de escala. En este caso, lo determinante es que el principio de mezcla se mantenga igual en todos los tamaños y que la reordenación abarque todo el espacio de mezcla, independientemente del grado de llenado; la transferibilidad se verifica en el centro técnico con el producto original.
Aplicación en el escalado
En su ámbito de aplicación, el número de Froude se mantiene a menudo constante al cambiar de escala, con el fin de lograr condiciones de movimiento comparables. A medida que aumenta el radio del elemento mezclador, disminuye la frecuencia de rotación admisible. Por el contrario, prolongar el tiempo de mezcla en proporción a los volúmenes no es un enfoque viable, ya que no permite reproducir el patrón de flujo.
Limitaciones
El número de Froude describe únicamente la relación entre dos fuerzas. No tiene en cuenta la tensión de cizallamiento, la distribución del tiempo de residencia, las fuerzas de adhesión entre partículas finas, la humedad ni la transferencia de calor. Por lo tanto, es un punto de referencia para el diseño, pero no sustituye al ensayo de mezcla a una escala suficientemente grande.