Mezclado y reducción de polvo en una mezcladora de arado horizontal

23 de enero de 2018

La eficiencia y robustez del mezclador de arado en una amplia variedad de aplicaciones está bien establecida. A diferencia de las batidoras de baja intensidad (como las batidoras de cinta) que mezclan “suavemente” los ingredientes durante ciclos prolongados, una batidora de arado a máxima velocidad puede alcanzar la homogeneidad en tan solo 90 segundos. A diferencia de los mezcladores de alta intensidad, un mezclador de arado no imparte alto cizallamiento ni calor en proporción directa a la intensidad de la mezcla. La clave está en la fluidización mecánica de los sólidos, que se consigue optimizando la velocidad y forma de las herramientas mezcladoras, o arados.

Los ingredientes o aditivos menores, que comprenden tan solo el 0,5% de la mezcla, se dispersan rápida y uniformemente en todo el lote mediante la acción de los arados, que fluidifican el material, en lugar de un movimiento de plegado o una acción de corte.

Para la reducción de polvo en mezclas de sólidos, tres métodos comunes son el tratamiento de superficies, la densificación y la granulación. El arado mezclador tiene distintas ventajas cuando se trata de cada uno de estos métodos de reducción de polvo.

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Tratamiento de superficies El tratamiento de superficies suele implicar un líquido, como un silano, que debe dispersarse uniformemente sobre el polvo en bajas concentraciones. Cuando se utiliza un mezclador de baja intensidad, generalmente es necesario premezclar este líquido sobre un vehículo como sílice y luego mezclar durante períodos prolongados para garantizar una aplicación uniforme. Cuando se utiliza un lecho fluidizado mecánicamente, como el mezclador de arado a máxima velocidad, el líquido se puede inyectar como una fina pulverización en el espacio superior del mezclador. El líquido se dispersa rápidamente por todo el lote, eliminando la necesidad de un sólido portador.

Para completar el tratamiento superficial del polvo, normalmente se requiere un paso de calentamiento para iniciar una reacción superficial entre el silano y el sustrato. Con las eficientes características de transferencia de calor del mezclador de arado, el polvo se puede calentar y luego enfriar nuevamente en varios minutos, en el mismo recipiente, evitando transferencias de material.

Densificación El objetivo del proceso de mezcla de metales en polvo es producir una dispersión uniforme de aditivos (como estearatos metálicos de grafito u otros lubricantes) mientras se densifica y se logra una fluidez específica. Las mezclas densas pero fluidas crean menos polvo cuando se manipulan.

Históricamente, la industria del metal en polvo ha empleado mezcladores de doble cónico o de doble carcasa para dispersar aditivos en polvos metálicos. Generalmente se requieren tiempos de ciclo de varias horas para lograr las especificaciones requeridas. Una mezcladora de arado horizontal puede reducir el tiempo del ciclo a 30 minutos o menos.

Los mezcladores de tambor de baja intensidad no son adecuados para mezclas que contienen componentes con gravedad específica o tamaño de partículas muy variables. El tiempo de ciclo requerido para la densificación en un mezclador de tan baja potencia puede ser excesivo.

Las herramientas de mezcla especiales de algunas mezcladoras inducen el contacto directo del metal en polvo con los aditivos. La acción de mezclado y dispersión de alta velocidad aplica cizalla al lote, produciendo rápidamente una mezcla uniforme y homogénea. Esto da como resultado tanto una densificación como unas propiedades de flujo mejoradas. Los metales y aditivos pueden tener una amplia gama de gravedades específicas sin afectar la uniformidad de la mezcla final.

Dado que la entrada de energía neta total al lote se puede correlacionar directamente con el tiempo de mezcla requerido, el punto final deseado se puede determinar monitoreando el consumo de energía. Esto proporciona un medio fácil y confiable para automatizar el proceso.

Granulación La granulación se utiliza principalmente para dar a los polvos una forma que facilite su fluidez y manipulación. Una granulación de alimentos típica contiene varios ingredientes: excipiente en polvo, pequeñas cantidades de ingredientes activos y un aglutinante líquido, que une los polvos como gránulos y evita la segregación. El tamaño y la uniformidad de los gránulos dependen de la acción de la mezcla, el tamaño de las partículas del polvo, el tipo de aglutinante utilizado y el grado de dispersión.

Anteriormente, la industria alimentaria requería equipos separados para predispersar, mezclar y luego granular los alimentos en polvo. Varios problemas eran inherentes a este proceso de granulación de múltiples pasos. Cada paso requirió recipientes separados, cada uno con su propio costo, limpieza individual y validación regulatoria. La granulación era más un arte que una ciencia. El operador tenía que determinar el grado de humedad alcanzado y juzgar las cantidades de líquido y el tiempo de mezcla necesarios. Por tanto, las series de granulación no fueron reproducibles de forma consistente. El producto granular seco a menudo tenía que ser tamizado, eliminando las partículas de tamaño excesivo y insuficiente, dando el producto terminado deseado, es decir, los gránulos de distribución estrecha de partículas y densidad uniforme necesarios para un control adecuado.

Para manipular una mezcla de panadería, por ejemplo, la acción fluidizada mecánicamente desarrollada por los arados se complementa con dispositivos de corte de alta velocidad y alto cizallamiento que se montan entre arados adyacentes y actúan para desaglomerar los polvos y dispersar la manteca. Dado que los dispositivos de corte pueden funcionar independientemente de los arados, se puede evitar un trabajo excesivo de la mezcla.

Salvo contadas excepciones, uno de los ingredientes principales de todas las mezclas de panadería es el azúcar o un derivado del azúcar, lo que causa problemas en lo que a los sellos del eje se refiere. Los materiales de la mezcla presionan hacia estos sellos (estopas) donde se desarrolla el calor por fricción. Debido a este calor, los materiales pueden quemarse o caramelizarse y arruinar los sellos y así contaminar el producto. Esto se evita purgando un pequeño volumen de aire a través de un orificio estrecho y circular alrededor de cada eje giratorio a medida que pasa a través de la pared del mezclador. Este aire pasa al mezclador y sale a través de una abertura de ventilación en la parte superior del mezclador. Mientras se mantenga el flujo de aire, se evitará la fuga de material hacia los sellos.

Como se ve en la Figura 1, una granulación de alimentos típica, el excipiente y los ingredientes activos en polvo se entregan al granulador estático. Se comienza a mezclar utilizando los arados hasta que la curva de potencia se nivela, lo que indica que la dispersión está completa. Luego, los líquidos aglomerantes se pulverizan en el campo picador activo, donde se dispersan rápidamente en los ingredientes del lote, provocando así la granulación deseada del alimento terminado simultáneamente con su correspondiente aumento de potencia.

El grado de granulación, que se correlaciona directamente con la potencia utilizada, depende de la cantidad de líquido aglomerante añadido al lote y de la cantidad de tiempo de mezcla húmeda utilizado. La acción tridimensional resultante de los arados provoca una “bola de nieve”: la acción de corte del picador genera gránulos pequeños y uniformes.

Como se ve en la Figura 1, el tamaño de las partículas crece a medida que aumenta el tiempo de mezcla y el líquido. Se utilizan arados y picadoras hasta alcanzar el tamaño de gránulo deseado, indicado nuevamente por una nivelación de la curva de potencia.

Dado que el tiempo de mezcla húmeda más prolongado moja más completamente los gránulos, se reduce el líquido necesario para alcanzar las especificaciones de densidad y distribución de partículas deseadas. La distribución de partículas más uniforme se logra con tiempos de mezcla de líquidos y niveles más altos de adición de líquidos. La variación del nivel de líquido, el tiempo de mezcla y los requisitos de potencia para una mezcla determinada se puede optimizar rápidamente en una unidad a escala piloto.

Granulaciones de alimentos idénticas generan curvas de potencia idénticas: este hecho elimina las conjeturas a la hora de saber cuándo se ha logrado el objetivo de granulación adecuado.

Mike Smith es ingeniero de procesos en B&P Littleford, Saginaw, MI. Los mezcladores de arado B&P Littleford crean una acción mecánica de mezcla en lecho fluidizado que produce una mezcla homogénea y reduce la variación. Cuando se requiere secado, esta acción de arado de lecho fluidizado produce un coeficiente de transferencia de calor hasta 10 veces mayor que otros secadores. Para obtener más información, llame al 989-757-1300 o visite www.bplittleford.com.

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