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Mar 08, 2023

Cómo obtener la mejor mezcla: técnicas de inducción de polvo

Erin Dillon, coordinadora de marketing y medios, Charles Ross & Son Co. | 23 de enero,

Erin Dillon, coordinadora de marketing y medios, Charles Ross & Son Co. | 23 de enero de 2023

Tras las interrupciones de la cadena de suministro de la pandemia y el aumento de los precios de las materias primas, los fabricantes priorizarán el ahorro de costos y la eficiencia en 2023. Un tema clave que los clientes preguntan repetidamente es cómo pueden introducir ingredientes en polvo en líquidos de manera rápida y efectiva. Las dificultades de combinar componentes secos y húmedos imponen varias limitaciones. Minimizar el polvo y evitar los peligros en el aire es una preocupación. Crear una mezcla uniforme, ya sea una dispersión o una solución, aplicando la cantidad adecuada de cizallamiento es otra. La incorporación de polvos hidrofóbicos en un vehículo acuoso presenta otra capa de complejidad porque resisten el mojado y forman aglomerados persistentes también conocidos como "ojos de pez".

Los operadores desarrollan soluciones alternativas para lograr sus objetivos de mezcla, como el lento proceso de tamizar los polvos y agregarlos lentamente al lote, o agregar los polvos rápidamente y cortar el lote para descomponer los aglomerados. En casos extremos, los operadores recurren a sobrecargar los sólidos y filtrar los grumos inevitables que permanecen sin dispersarse incluso después de una duración excesiva de la mezcla. Este proceso no solo es laborioso, sino que también desperdicia materias primas y energía costosas, al tiempo que compromete la integridad de la formulación entre lotes.

Con ciertos ingredientes espesantes, si los polvos se cargan demasiado lentamente, puede ocurrir una acumulación descontrolada de viscosidad en medio del proceso, lo que impide que los sólidos restantes se incorporen por completo. Por otro lado, si los polvos se agregan demasiado rápido en la superficie de un lote en condiciones de flujo turbulento, el proceso se vuelve propenso a generar polvo y polvo flotante. Además, la mezcla agresiva podría sobrecortar las partículas ya hidratadas. La mezcla intensa prolongada puede resultar en una pérdida permanente de viscosidad u otras propiedades reológicas indeseables.

Además de las soluciones alternativas descritas anteriormente, algunos fabricantes han adoptado sistemas eductores para mejorar la inducción de polvo a líquido. En estos sistemas, el líquido se bombea a alta velocidad a una cámara venturi y luego a un mezclador en línea. El vacío creado en la cámara venturi extrae los polvos de una tolva superior y los lleva al eductor, donde se une al flujo de líquido. Las corrientes de polvo y líquido luego se mezclan mediante un dispositivo de rotor/estator, que impulsa el flujo aguas abajo. Si bien esta configuración elimina los problemas de formación de polvo y flotación asociados con los sistemas por lotes, tiene inconvenientes. Por un lado, el sistema generalmente requiere un mantenimiento sustancial con tres dispositivos separados en serie. Con frecuencia es difícil equilibrar el rendimiento de la bomba, el eductor y el mezclador, y el tiempo de inactividad es bastante alto en muchas aplicaciones. La limitación más seria está relacionada con las limitaciones operativas inherentes del venturi o eductor, ya que la obstrucción es muy común. El sistema es temperamental y requiere mucha experiencia y atención del operador para que funcione correctamente. Debido a que la velocidad de alimentación del eductor está determinada por el vacío creado por una corriente de movimiento rápido, también depende en gran medida de la viscosidad. La eficiencia del eductor disminuye constantemente a medida que aumenta la viscosidad hasta que finalmente se detiene.

Cuando es necesario agregar grandes cantidades de polvos a granel, o cuando los sólidos difíciles de dispersar tardan demasiado en humedecerse por completo, incluso con una paleta de alta velocidad, vale la pena considerar un mezclador de rotor/estator con capacidad de inducción de polvo incorporada. .

Un ejemplo es el sistema Ross Solids/Liquid Injection Manifold (SLIM). Introduce polvos como sílice pirógena, carbonato de calcio, gomas, almidones y pigmentos en la fase líquida justo en la zona de alto cizallamiento, lo que promueve la humectación instantánea. Las dispersiones y soluciones se crean en menos tiempo en comparación con los métodos tradicionales de agregar polvos encima de un lote agitado o usar un eductor. Utilizando un mezclador de rotor/estator especialmente diseñado, la tecnología SLIM genera un vacío intenso en la zona de alto cizallamiento y aspira los polvos en una corriente fluida: los materiales secos y húmedos se combinan en el punto exacto donde se produce la mezcla intensa, no en un eductor aguas arriba. Esto permite que el SLIM maneje grandes volúmenes de sólidos sin obstrucciones ni aglomerados. Otro beneficio es la operación relativamente libre de polvo: los operadores informan una reducción significativa de partículas en el aire en el área de mezcla.

El generador de rotor/estator del sistema SLIM extrae un gran volumen de polvo (que se muestra en amarillo) en la zona de alto cizallamiento, donde se combina y mezcla simultáneamente con la corriente líquida (azul).

Mezclador multiagitador de 1,000 gal con Inline SLIM y tubería de recirculación. Después de inducir un ingrediente en polvo desafiante a través de SLIM, los operadores cargan materias primas adicionales a través de la cubierta del mezclador para que las hojas de dientes de sierra se dispersen a medida que aumenta la viscosidad del lote. El producto terminado es un adhesivo de fusión en caliente de grado médico.

La tecnología SLIM también está disponible en configuración por lotes. Los mezcladores por lotes de alto cizallamiento (a veces también llamados homogeneizadores) con un cabezal mezclador de rotor/estator se usan comúnmente para humedecer polvos y preparar dispersiones finas. El rotor de cuatro palas funciona a velocidades máximas de alrededor de 3000-4000 pies/min dentro de un estator fijo de tolerancia estrecha. Esto genera cizallamiento mecánico e hidráulico al atraer los componentes del producto hacia el rotor y expulsarlos radialmente a través de las aberturas del estator. Para mejorar la eficiencia, este estilo de mezclador se puede suministrar con una función de inducción de polvo incorporada. El lote SLIM, por ejemplo, introduce sólidos debajo de la superficie, eliminando los polvos flotantes y promoviendo la dispersión instantánea.

Diseños por lotes SLIM en un elevador para uso con varios recipientes (izquierda) y montaje fijo en un tanque (derecha)

Erin Dillon es coordinadora de medios y marketing de Charles Ross & Son Co. (Hauppauge, NY). Para obtener más información, llame al 631-234-0500 o visite mixers.com.

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