Mezclado de sólidos

Descripción

Es el proceso en el cual varios componentes se ponen en contacto en forma aleatoria que pueden no ser similares entre ellas, de tal manera que al final de la operación se obtenga un sistema uniforme (homogéneo).

Mezcla perfecta

Es aquella mezcla de dos tipos de partículas en la que cualquier muestra aleatoria tomada, contendrá la misma proporción de cada partícula como las proporciones presentes en la mezcla en su conjunto.

No existe un mezclador ideal en el que la uniformidad sea total (grado de mezcla), es decir en el que todas las partículas se distribuyan uniformemente entre las otras debido a factores que producen segregación en las partículas

Factores que intervienen en el proceso de mezclado

Muchos factores pueden afectar la calidad de la mezcla, es crucial para su estudio durante el desarrollo y la producción de un nuevo producto.

Uno de los principales problemas que se presenta en el mezclado de sólidos es la segregación. Ésta es la tendencia a la separación de los componentes de la mezcla y las causas principales son:

• Distribución del tamaño de partícula
• Densidad del sólido a granel
• Densidad real o peso específico
• Forma de las partículas
• Características especiales como el área superficial, la tendencia a adquirir carga estática
• Estado de aglomeración referente a si las partículas se presentan independientes unas de otras o por el contrario adheridos formando agregados.
• Humedad

Es de gran importancia preparar a los sólidos antes de que ingresen al mezclador para así evitar diferencias extremas entre ellos y disminuir los problemas de segregación.

Mecanismos de mezclado

Se reconoce la existencia de tres mecanismos en el proceso de mezclado de sólidos:

• Convección: Se produce cuando fracciones del sistema particulado total son trasladadas a otra región del espacio donde están confinadas las mezclas. Se logra en equipos que agitan o rotan la mezcla.

Es el mecanismo más rápido y eficiente, implica el movimiento de gran cantidad de partículas de un componente en bloques a regiones ocupadas por otro componente.

• Difusión (no molecular): Este tipo de mecanismo se produce cuando se da el movimiento aleatorio individual de las partículas, logrando obtener una mezcla homogénea a escala microscópica.

Un mezclado del tipo difusivo en sólidos se refiere por ejemplo al movimiento de partículas sobre superficies con una pendiente dada, sólo migran por gravedad.

• Por esfuerzos de corte: se producen planos de deslizamiento entre distintas regiones de la muestra. En este tipo de mecanismo se produce un plano de deslizamiento entre distintas regiones de la muestra. Es recomendable en el caso de sólidos cohesivos, ya que poseen paletas que ejercen esfuerzos de corte a la mezcla

TIPOS DE MEZCLADORES

El número de modelos de mezcladores utilizados para mezclar materiales es amplio, debido a la infinita variedad de sustancias que pueden mezclarse, razón por la cual el mezclador adecuado va a depender del uso para el que se requiere teniendo en cuenta las características del material como densidad, tamaño, forma entre otras.

Se puede clasificar a los mezcladores en dos grandes clases:

• Inmóviles o estáticos
• Móviles

Mezcladores estáticos

Son equipos en los cuales la carcasa permanece fija y en su interior existen varios elementos como aire, cuchillas, tornillos o paletas que realizan la tarea de mezclado.Se caracterizan por proporcionar un mezclado eficiente de las partículas, con poca generación de calor.

• Mezclador de cinta

Consiste en un tambor horizontal con un eje axial de soporte y un agitador de cintas que puede tener la forma de espiral, paletas o de tornillo helicoidal.

El mezclador opera mediante dos cintas que actúan en sentidos contrarios permitiendo el movimiento del material a lo largo del tambor, evitando la acumulación de partículas en los extremos del mezclador y la formación de zonas muertas sin agitación. Adicionalmente se presenta un movimiento radial que permite que asciendan las partículas a través de las paredes.

• Mezclador de Tornillo sin fin vertical

Consiste en una carcasa cónica con un tornillo sin fin interno el cual efectúa dos movimientos simultáneos. El primero es un movimiento planetario (movimiento circular paralelo a la bisectriz del cono) que permite el desplazamiento del material hacia el centro del mezclador y el segundo es un movimiento de rotación sobre su propio eje, el cual hace que el material sea transportado hacia arriba y luego por efecto de la gravedad regrese al fondo.

• Mezclador de Paletas

Consiste en un recipiente cilíndrico vertical el cual consta de un eje central provisto de palas o paletas. La mezcla del material se produce debido a la rotación del eje. Consiste en un recipiente cilíndrico vertical el cual consta de un eje vertical con paletas que rotan en un movimiento planetario.

Se diferencia del mezclador de paletas por el tipo de movimiento del eje.

• Mezclador de Lecho fluidizado

Se fundamenta en la acción de un chorro de aire a altas velocidades el cual traslada el material a través de una cámara donde todas las partículas se entremezclan en un flujo turbulento

Mezcladores móviles

Son equipos que se basan en el movimiento de la carcasa y las fuerzas de gravedad, lo que permite el volcamiento del material. La velocidad óptima de rotación va a depender del tamaño, forma del mezclador, tipo de material a mezclar entre otras propiedades. La velocidad es un parámetro importante pues si es demasiado lento el movimiento de cascada no se produce en forma adecuada, y al ser demasiado rápido el material se mantendrá en las paredes del mezclador debido a la fuerza centrífuga.

• Mezclador de tambor cilíndrico o cúbico

Consiste en una carcasa de forma cilíndrica o cúbica la cual será estructurada para rotar con la ayuda de un eje, permitiendo que se produzca un flujo cruzado del material.

VENTAJAS:
a) Mezclado a través de la gravedad
b) El mezclado se da por difusión
c) La inclinación mejora el flujo cruzado
DESVENTAJAS:
a) Poca eficiencia
b) Adhesión del material a las paredes
c) Dificultad para el vaciado
d) No producen un buen flujo cruzado a lo largo del eje

• Mezclador bicónico

Consiste en dos conos que se encuentran unidos a un anillo cilíndrico horizontal, el cual es parte de un eje. El mezclado se da ya que durante la rotación del eje, el material ubicado en el cono inferior sobrepasa el ángulo de reposo, haciendo que las capas superficiales del material rueden hacia el cono opuesto incrementándose la cantidad del material desplazado cuando el cono se aproxima a su posición más baja.

VENTAJAS:
a) Carga y descarga fácil
b) Fácil limpieza
c) Tiempo de mezclado corto
d) Mezcla suave
e) Fácil flujo de polvos secos
DESVENTAJAS:
a) No sirve para romper aglomerados
b) No útil para polvos de alta cohesividad
c) No producen un buen flujo cruzado a lo largo del eje

Tiempo de mezclado

Es el periodo adecuado en el cual se puede alcanzar la homogeneidad de una mezcla. Para determinar el grado de homogeneidad de la mezcla se han establecido ciertos parámetros estadísticos los cuales son la desviación estándar, el coeficiente de variación o desviación estándar relativa.

Segregación

La segregación también llamada desmezclado, es el proceso que ocurre debido a las diferencias de tamaño, forma o densidad de las partículas. Este proceso puede resultar en el manejo rutinario de un producto mezclado, es un problema común que puede observarse en la naturaleza. Se puede producir durante el transporte, almacenamiento, llenado de recipientes entre otros. Este proceso puede generar múltiples problemas, dentro de los cuales están:

• Distribución incorrecta del tamaño de la partícula
• Fluidez disminuida
• Rendimiento reducido
• Cambios de color, sabor o apariencia

BIBLIOGRAFÍA

• Rhodes, M., Introduction to Particle Technology, John Wiley & Sons, England, 1998.
• Chico Proaño Fabián (2011), Tesis “PREMEZCLADO DE SÓLIDOS INERTES PARA LA PRODUCCIÓN DE DINAMITA”, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria. Quito
• Rodas Cobos Diana Isabel (2015), Tesis “DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE MEZCLA DE TRES FÁRMACOS SÓLIDOS GRANULARES, Universidad de San Carlos de Guatemala. Ingeniería Escuela de Ingeniería Química, Guatemala.