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May 17, 2023

Mezcla y Reducción de Polvo en una Mezcladora de Arado Horizontal

ene 23, 2018 La eficiencia y robustez del mezclador de arado en una amplia variedad

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 toda velocidad puede alcanzar la homogeneidad en tan solo 90 segundos. A diferencia de los mezcladores de alta intensidad, un mezclador de arado no imparte un alto cizallamiento y calor en proporción directa a la intensidad de la mezcla. La clave está en la fluidización mecánica de los sólidos, que se logra optimizando la velocidad y la forma de las herramientas de mezcla, o arados.

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

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

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Tratamiento de superficies El tratamiento de superficie generalmente implica un líquido, como un silano, que debe dispersarse uniformemente en el polvo en bajas concentraciones. Cuando se usa un mezclador de baja intensidad, generalmente es necesario premezclar este líquido en un vehículo como sílice y luego mezclar durante mucho tiempo para garantizar una aplicación uniforme. Cuando se utiliza un lecho fluidizado mecánicamente, como el mezclador de arado a toda velocidad, el líquido se puede inyectar como un rocío fino en el espacio superior del mezclador. El líquido se dispersa rápidamente por todo el lote, lo que elimina 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 características de transferencia de calor eficiente del mezclador de arado, el polvo puede calentarse y luego enfriarse nuevamente en varios minutos, en el mismo recipiente, evitando transferencias de material.

Densificación El objetivo del proceso de mezcla de metal en polvo es producir una dispersión uniforme de aditivos (como estearatos de grafito metálico u otros lubricantes) mientras se densifica y 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 cono o de doble capa para dispersar aditivos en polvos metálicos. Por lo general, se requieren tiempos de ciclo de varias horas para que la producción alcance las especificaciones requeridas. Un mezclador 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 partícula muy variable. El tiempo de ciclo requerido para la densificación en un mezclador de tan baja potencia puede ser excesivo.

Las herramientas de mezcla especiales en algunos mezcladores inducen el contacto directo del metal en polvo con los aditivos. La acción de mezclado y dispersión a alta velocidad genera cizallamiento en el lote, produciendo rápidamente una mezcla uniforme y homogénea. Esto da como resultado tanto la densificación como la mejora de las propiedades de flujo. 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 mezclado requerido, el punto final deseado se puede determinar monitoreando el consumo de energía. Esto proporciona un medio fácil y fiable de automatizar el proceso.

Granulación La granulación se utiliza principalmente para convertir los polvos en una forma que facilita su fluidez y manipulación. Una granulación típica de alimentos 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 partícula del polvo, el tipo de aglutinante utilizado y el grado de dispersión.

Anteriormente, la industria alimentaria requería equipos separados para dispersar previamente, mezclar y luego granular los alimentos en polvo. Varios problemas eran inherentes a este proceso de granulación en varias etapas. Cada paso requería 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 necesario. Por lo tanto, las corridas de granulación no fueron consistentemente reproducibles. El producto granular seco a menudo tenía que tamizarse, eliminando las partículas de tamaño superior e inferior, proporcionando el producto final deseado, es decir, los gránulos de distribución estrecha de partículas y densidad uniforme necesarios para un control adecuado.

Para manejar una mezcla de panadería, por ejemplo, la acción de fluidificación mecánica 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 picado pueden operarse independientemente de los arados, se puede evitar el trabajo excesivo de la mezcla.

Con pocas excepciones, uno de los ingredientes principales de todas las mezclas para panadería es el azúcar o un derivado del azúcar, lo que causa problemas en lo que respecta a los sellos del eje. Los materiales de la mezcla presionan estos sellos (prensas) 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 circular estrecho alrededor de cada eje giratorio a medida que pasa a través de la pared del mezclador. Este aire pasa a la batidora y sale a través de una abertura de ventilación en la parte superior de la batidora. Siempre que se mantenga el flujo de aire, se evitará la fuga de material en los sellos.

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

El grado de granulación, que se correlaciona directamente con la energía utilizada, depende de la cantidad de líquido aglomerante agregado al lote y la cantidad de tiempo de mezcla húmeda utilizada. 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 mezclado y el líquido. Se utilizan arados y picadores hasta que se logra el tamaño de gránulo deseado, indicado nuevamente por una nivelación de la curva de potencia.

Dado que el tiempo de mezcla húmeda más largo humedece más a fondo los gránulos, reduce el líquido requerido para alcanzar las especificaciones deseadas de densidad y distribución de partículas. 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.

Las granulaciones de alimentos idénticas generan curvas de potencia idénticas: este hecho elimina las conjeturas 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, lo que 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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