INTRODUCCIÓN
En química, una mezcla es un sistema material formado por dos o más sustancias puras mezcladas pero no combinadas químicamente. Las mezclas pueden ser de dos tipos: Homogéneas y Heterogéneas, según su uniformidad y apreciación a simple vista de las sustancias que la componen.
Dentro de cada uno de estos grandes grupos, se clasifican las mezclas en función de:
- La naturaleza de las sustancias a mezclar (líquido, sólido o gas)
- La fase dispersa y fase continua; es decir, la sustancia que es predominante sobre la otra.
Según estos factores, tendremos
- Soluciones: Mezclas perfectamente homogéneas
- Suspensiones: Partículas en suspensión dentro de la fase dispersadora sin llegar a mezclarse totalmente.
- Dispersiones-Coloides
- Emulsiones
- Espumas
- Aerosoles
SISTEMAS DE MEZCLA
Existen sistemas de mezcla por lotes (comúnmente denominados Batch) y sistemas de mezcla en continuo.
- Mezcla por lotes: Las materias primas se mezclan en uno o varios recipientes agregándolas en cantidades específicas y sometiéndolas a las condiciones necesarias (temperatura, presión).
- Mezcla en continuo: Las materias primas se mezclan de forma casi simultánea en línea.
Aunque los sistemas por lotes se pueden optimizar para lograr altas producciones (Solapando operaciones, Reduciendo tiempos de limpieza,…), lo habitual es emplear sistemas de producción en continuo. Los sistemas de mezcla por lotes son recomendables para:
- Bajas producciones
- Sistemas de producción con elevado número de referencias
- Sistemas con altas necesidades de flexibilidad
- Productos que requieran varias etapas diferenciadas de fabricación (tiempos de reposo, etc.)
Mientras que los sistemas en continuo son recomendables cuando:
- Altas producciones
- Sistemas de producción con bajas referencias
- Sistemas menos flexibles
- Productos que requieran altas condiciones de higiene
A continuación, nos centraremos en los sistemas de fabricación en continuo.
SISTEMAS DE MEZCLA EN CONTINUO
A la hora de diseñar un sistema de fabricación en continuo es importante tener en cuenta, entre otros, los siguientes factores:
- Almacenamiento de materia prima
Las materias primas deben estar acondicionadas adecuadamente y deben asegurar el correcto abastecimiento del sistema. Se debe contemplar que el sistema de fabricación disponga de los medios automáticos necesarios para evitar paradas por falta de materia prima, e igualmente que se tenga un control de los lotes de producto empleado. Las materias primas que requieran temperatura (ej. Lauryl Eter Sulfato Sódico en fabricación de cosméticos) tengan toda la instalación realizada de forma adecuada para asegurar en todos los puntos esa temperatura. Los puntos principales a considerar en el almacenamiento de materias primas son:
- Cantidades de almacenamiento mínimo para asegurar la producción
- Verificaciones automáticas de stock y productos semielaborados
- Condiciones de almacenamiento (temperatura, presión,…)
- Compatibilidades de la materia prima, tanto con otras materias primas como con la propia instalación
- Puntos muertos de la instalación
- Sistema de limpieza acompasado con la producción
- Dosificación
La regulación de la dosificación debe conseguir:
- No incorporación de aire al producto final, ya que la mezcla se puede ver alterada y se pueden producir contaminaciones.
- Un arranque estable desde el primer momento, para evitar exceso de producto de mala calidad en arranques y paradas.
- Una alta precisión en todos los componentes
Es habitual encontrar sistemas que no estabilizan la producción hasta pasados 2-3 minutos desde el arranque, teniendo una gran cantidad de producto fuera de especificaciones (para un sistema de 8.000 kg/h puede suponer 300 kg). Estas cantidades de producto fuera de calidad, se repiten durante la parada.
La adecuada automatización de estos sistemas, permitiendo una estabilidad de dosificaciones en el mínimo tiempo, es una clave a tener en cuenta.
Caudalímetro másico de tubo recto
Los puntos principales a considerar en la dosificación son:
- Características de la materia prima (viscosidad, densidad, temperatura,…)
- Caudalímetros másicos en la incorporación de líquidos y células de carga en dosificación de sólidos
- Permitir recirculación antes del arranque o comenzar a dosificar en un punto cercano al de regulación según receta
- Permitir la limpieza en todos los puntos
- Mezcla
Existen numerosos mezcladores en continuo, aunque su elección depende del tipo de mezcla a efectuar (solución, suspensión, emulsión,…)
Mezclador en continuo
Suele ser frecuente la elección de molinos mezcladores mucho más agresivos que lo que la propia mezcla requiere, en ocasiones incluso ocasionando fallo de calidad en el producto final. En todo caso, siempre se tendrá un exceso de consumo energético si no se calcula y selecciona adecuadamente el mezclador adecuado.
Los puntos principales a considerar en la mezcla son:
- Características de los materiales a mezclar para seleccionar el mezclador adecuado
- Formulación y receta de todos los productos, para optimizar el diseño, punto de incorporación de cada materia prima, necesidad de tanques de homogeneización,.
- Características del producto final (viscosidad, pH, temperatura,…)
- Limpieza
El sistema de mezcla en continuo debe contemplar la limpieza en modo automático de todos los puntos del sistema, especialmente teniendo en cuenta que son sistemas cerrados.
- Control de producto
Los sistemas de dosificación en continuo deben permitir un control de la calidad del producto en todos los puntos necesarios. Un exceso de puntos de toma de muestra no mejora la calidad. Los puntos principales a considerar para el control del producto son:
- Caudal principal, velocidad de mezcla y caudales de dosificación acordes a receta.
- Características principales del producto final. Son las que se deben controlar en continuo y corregir las dosificaciones para tener el producto dentro de especificaciones (p.ej. viscosidad en un gel de baño o densidad en un producto hidroalcohólico)
- Características secundarias. Son las que informan del estado del producto final, aunque no son críticas para su calidad.
- Tomas de muestra. Se debería tener puntos de toma de muestra en:
- Entrada de materias primas al sistema de mezcla
- Materias primas previo a su dosificación
- Salida de cada mezclador (en caso de existir varios mezcladores)
- Salida del producto terminado