Segregación
Se denomina segregación a la separación de materiales a granel, polvos o granulados, que puede producirse tras un proceso de mezcla o durante el transporte, el almacenamiento o el traslado. En este proceso, las partículas se separan unas de otras debido a sus diferentes propiedades, como el tamaño, la densidad, la forma o la textura de la superficie. Los mecanismos típicos de segregación son la percolación (también denominada segregación por tamizado), la segregación por densidad, la segregación por inercia, así como la segregación debida a diferencias en el ángulo de vertido y la fluidez. La segregación se produce con frecuencia al llenar silos, al verter, durante el transporte neumático o por vibraciones. Puede afectar considerablemente a la homogeneidad de un producto. Para describir la segregación en polvos sólidos se suelen utilizar modelos cinéticos, modelos de mecánica de medios continuos y parámetros empíricos. Un enfoque muy utilizado es el modelo de segregación por advección-difusión. Este modelo describe la interacción entre la desmezcla dirigida y la mezcla en sentido contrario.
∂c/∂t = − ∇· (v_s c) +∇·(D_(eff) ∇c)
Donde c representa la concentración local de una fracción de partículas, v_s la velocidad de segregación y D_(eff) el coeficiente de dispersión efectivo. El término −∇·(v_s c) describe la desmezcla dirigida, por ejemplo, por percolación o por la influencia de la gravedad. El término ∇·(D_(eff) ∇c) representa la mezcla compensatoria debida al movimiento aleatorio de las partículas.
En la segregación por tamaño, en la que las partículas más pequeñas se filtran a través de las más grandes, se suele suponer una relación proporcional.
v_s = k · g · (Δd/d_m) ; Δd = d_g−d_k)
Aquí, v_s representa la velocidad de segregación, g la aceleración gravitaria, d_g el diámetro de las partículas grandes, d_k el diámetro de las partículas pequeñas, Δd la diferencia de tamaño de grano, d_(medio) un diámetro medio característico y k un factor de proporcionalidad empírico.
En el caso de la segregación impulsada por la densidad, se puede formular de forma análoga:
v_s ∝ g ((ρ_s − ρ_L)/ρ_L)
Donde ρ_s es la densidad de las partículas sólidas y ρ_L la densidad de la fase circundante. Esta relación corresponde a un análisis de la flotabilidad granular. Para la evaluación cuantitativa de la desmezcla se define a menudo un índice de segregación.
S = σ / σ_(max)
Donde σ es la desviación estándar de la concentración y σ_(max) la desviación estándar máxima posible. Cuando S = 0 se da una mezcla ideal; cuando S = 1, una segregación completa. Para materiales a granel de flujo libre en capas inclinadas se utiliza con frecuencia el modelo de Gray-Thornton.
∂c/∂t +∇·(c · u) + ∂/∂z (w_s · c · (1 - c)) = ∇·(D · ∇c)
Aquí, u es la velocidad media del flujo, w_s la velocidad de segregación característica y D un coeficiente de difusión.
El término w_s c (1 − c) describe un flujo de segregación no lineal, tal y como se produce en los flujos de avalancha granulares.
En la práctica de la industria de los materiales a granel, la segregación suele producirse por la interacción de varios mecanismos.
- Percolación,
- diferencias de densidad,
- separación por trayectoria,
- fluidización inducida por aire, así como
- flujos en las paredes y zonas periféricas.
En este sentido, los ensayos prácticos de mezcla y llenado suelen ofrecer resultados más fiables que los modelos puramente teóricos, especialmente en el caso de polvos cohesivos, cuyo comportamiento de flujo varía. Amixon GmbH ofrece posibilidades de ensayo en centros técnicos bien equipados en Alemania, India, Japón, China, Corea, Tailandia y EE. UU.