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Mezclador de bandas (mezcla en seco en polvo)

Mezcladora de cintas

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Section summary
1. Qué es una mezcladora de bandas: definición
2. Principio de funcionamiento de mezclador de bandas
3. Mezcla de parámetros operativos
4. Diseño de mezclador de bandas: especificaciones detalladas
5. Dimensionamiento del mezclador de sólidos
6. Problemas comunes con las mezcladora de cinta
7. Guía de compra de mezcladora de cinta: cómo seleccionar una mezcladora de bandas

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1. Qué es una mezcladora de bandas: definición

Los mezcladores de cinta están hechos de una carcasa que tiene forma de U en la que gira un agitador. El agitador está diseñado como una cinta de doble hélice que permite crear un movimiento convectivo de los materiales en 2 direcciones logrando la mezcla de polvos y sólidos a granel.

Los mezcladores de cinta están muy extendidos en las industrias de procesos para la mezcla en seco de sólidos a granel. Aunque existen otros diseños de mezcladores que tienen un rendimiento superior a los mezcladores de cinta en algunas áreas (velocidad de mezcla, diseño higiénico ...), los mezcladores de cinta siguen siendo una solución muy simple y robusta para mezclar materiales secos que ofrecen un rendimiento de mezcla decente que es suficiente para muchas aplicaciones. . No es raro tener mezcladores de cinta industriales de 40 a 50 años en las fábricas, que aún funcionan perfectamente. Muchos fabricantes proponen mezcladores de cinta industriales, desde unos pocos cientos de litros hasta varios metros cúbicos.

¿Para qué se usa una licuadora de cinta? Las licuadoras de cinta se utilizan actualmente en muchas industrias y aplicaciones: farmacéutica, alimentaria y panadería, cosmética, plásticos, especias, mezclas para bebidas, cementos lechadas y morteros, café y té, tabaco ...

Esta página web se centra en el diseño detallado de mezcladoras de cinta con el fin de ofrecer pautas de selección y compra a los operadores de mezcladoras.

2. Principio de funcionamiento de mezclador de bandas

¿Cuál es el mecanismo de mezcla de una mezcladora de cinta?

Los mezcladores de cinta son mezcladores convectivos. El movimiento de la mezcla es forzado por la rotación de la cinta que está haciendo circular el producto en 2 direcciones: la cinta está hecha en 2 partes, 1 cinta externa hace circular el producto en 1 dirección mientras que otra cinta ubicada dentro de la 1a mueve el producto en la otra dirección (puede ser posible tener perfiles aún más complejos para intentar optimizar la eficiencia de mezcla y por lo tanto el tiempo de mezcla). Mezclando el tiempo suficiente, esos 2 movimientos axiales, unidos a algún movimiento radial (las cuchillas "cortan" el material al girar), permitirán alcanzar el grado de homogeneidad requerido. El giro de la hélice debe ser estudiado por el fabricante para que la dirección en la que empujan las cintas exteriores sea hacia la válvula de salida del mezclador, si no es el caso, no se puede lograr una buena velocidad de descarga del mezclador.

A diferencia de los mezcladores de paletas de doble eje, el polvo no se fluidifica en un mezclador de cinta. El fabricante del mezclador recomienda la velocidad de mezcla óptima; sin embargo, algunas pruebas se pueden realizar a una velocidad mayor o menor (siempre que el variador pueda mantener una velocidad diferente) para verificar la influencia en la calidad de la mezcla y las propiedades del producto (en general , una velocidad más baja requerirá un tiempo de mezcla más largo, pero el producto puede dañarse menos).

Figura 1: Dibujo de la licuadora de cinta

3. Mezcla de parámetros operativos

¿Cómo lograr una buena homogeneidad con un mezclador de bandas ?

Para los mezcladores de cinta, el tiempo de mezcla es típicamente de 3-5 min. Los mezcladores de cinta tienen la reputación de no tener un tiempo de mezcla corto, lo que lleva a algunos operadores a mezclar de 10 a 15 minutos. Si la mezcla no tiene ninguna particularidad (inyección de líquido ...) un tiempo de mezclado tan largo debe alertar al productor que el funcionamiento de la mezcladora no es óptimo.

El rendimiento del mezclador, es decir, el tiempo necesario para alcanzar la homogeneidad deseada, es función de los siguientes parámetros operativos:

• Tamaño del lote de mezcla: 70-80% del volumen total del mezclador. Visualmente, la parte superior de las hojas debe estar ligeramente por encima del nivel del producto, y siempre debe haber algo de espacio para la cabeza hasta la cubierta superior. Es un problema muy común encontrar mezcladores de cinta sobrecargados, lo que disminuye considerablemente su rendimiento. Se debe tener en cuenta que no se recomienda llenar de menos una licuadora de cinta, ya que el nivel de polvo debe llegar a la cinta interior para poder moverlo y, por lo tanto, mezclarlo.
• Velocidad de mezcla: se debe seguir la recomendación del proveedor, la velocidad de mezcla típica para licuadoras de tamaño medio (500-2000 l) es de alrededor de 50 rpm con un número de Froude <1
• Ingredientes pequeños y secundarios para introducir en la batidora después de los ingredientes principales (o en sándwich), preferiblemente en la zona central de la batidora.

Figura 2: Mezclador de cinta recomendado y volumen máximo de mezcla

El movimiento de la cinta tiene bastante impacto en el producto que se mezcla. El empuje impuesto al producto combinado con tiempos de mezclado no muy cortos, suelen provocar alguna rotura en los sólidos procesados. Rotura significa que la Distribución del Tamaño de Partícula (PSD) cambiará, con la creación de algunas partículas más pequeñas debido a la rotura de las más grandes. El impacto se puede minimizar validando el tiempo exacto requerido para mezclar (homogeneidad) y así no mezclar más sin necesidad, y optimizando la velocidad de mezclado para mezclar lo más bajo posible. Sin embargo, se espera que la rotura sea mayor que en los mezcladores de paletas de dos ejes, por ejemplo.

Los mezcladores de cinta funcionan bien con polvos que fluyen libremente, debido a su modo de operación (empujado por un agitador giratorio), los mezcladores de cinta pueden ser menos efectivos con polvos cohesivos e incluso pueden bloquearse si la mezcla es muy cohesiva.

La entrada de energía requerida para una licuadora de cinta es bastante baja, en el rango de 3-5 kW / m3.

4. Diseño de mezclador de bandas: especificaciones detalladas

Diseños de paletas y arados

Algunos fabricantes han adaptado el diseño de su licuadora de cinta cambiando el agitador mediante el uso de paletas o arados. Estos diseños no deben confundirse con las mezcladoras de paleta de doble eje o las mezcladoras de cizalla / mezcladoras de reja. Ir a un diseño de paleta de un solo eje puede ser ventajoso para materiales que fluyen muy mal, materiales frágiles o si el tamaño del lote puede ser tan bajo como 15-20% del tamaño nominal del lote. Cuando se utilizan arados, es posible tener una mejor acción cerca de la pared del mezclador, sin embargo, las fuerzas centrífugas altas no deben usarse y reservarse para mezcladores de cizallamiento / reja de arado que tienen una carcasa cilíndrica, en comparación con un diseño de canal en forma de U para mezcladores de cinta .

Acceso al mezclador

El acceso al interior de un mezclador de cinta para limpieza o mantenimiento no es muy fácil, considerando que la cinta ocupa mucho espacio en el mezclador y tiene una forma compleja.

Las características de acceso más comunes para las batidoras de cinta es tener trampillas en la parte superior de la batidora, a veces con la posibilidad de abrir completamente la tapa de la batidora (tapa inclinable o deslizante). Algunos fabricantes proponen tener un sistema de extracción para la cinta que permita sacar toda la cinta, es posible pero aumenta el costo y la complejidad mecánica.

La apertura de la batidora debe ser detectada para que la batidora no pueda ser puesta en marcha, para la seguridad de los operadores que acceden al interior de la batidora. Los accesos deben estar resguardados por cerraduras que bloqueen la apertura cuando el mezclador esté en funcionamiento y detecten cuando se ha abierto.

Se debe tener cierto cuidado para las aplicaciones higiénicas, de hecho, la cinta debe estar completamente soldada para evitar cualquier parte suelta que pueda meterse en el producto. La dificultad de acceso para la limpieza significa que el operador de la planta debe sopesar y gestionar bien los riesgos de contaminación cruzada.

Válvulas de descarga

En el mercado se pueden encontrar 3 tipos de válvulas de descarga, según los proveedores y la necesidad del cliente.

• Válvulas de charnela simples: las válvulas de descarga tienen forma rectangular. Es el diseño más común.
• Válvula de descarga redonda higiénica: la válvula tiene forma redonda y, una vez cerrada, minimiza los espacios donde el producto puede asentarse y evitar que se mezcle, al contrario que el 1er tipo de válvula que presenta mayores espacios. Estas válvulas tienen un tamaño limitado que puede aumentar el tiempo de descarga y, por lo tanto, reducir la capacidad del mezclador.
• Puertas de bomba: la parte inferior del mezclador se puede abrir completamente mediante grandes trampillas. La ventaja clave es que el tiempo de mezclado es muy corto (menos de 30 s, y que la cantidad de producto que queda en el mezclador es muy baja. Sin embargo, hay que tener cuidado con la estanqueidad de las puertas una vez cerradas, así como con el acceso para limpieza debajo de las puertas.

Dependiendo de la tecnología elegida, el mezclador se descargará es una tolva que estará totalmente conectada a las puertas de la bomba del mezclador, válvulas de charnela o que se conectará a través de un tubo corto al mezclador (válvula redonda)

Instrumentación

La siguiente instrumentación se puede encontrar en los mezcladores de cinta:

• Sensor de velocidad: permite confirmar la rotación y la velocidad de los ejes.
• Sensores de temperatura: colocados en los rodamientos, permiten detectar un calentamiento anormal debido a rodamientos rotos
• Caudalímetro: colocado en el suministro de aire comprimido al ras del sello del cojinete. El enjuague de los sellos de los rodamientos constituye una función importante para evitar la entrada de producto a los rodamientos, lo que los dañaría o haría que el polvo se quemara, lo que constituiría una fuente de ignición que provocaría una explosión de polvo.
• Sensor de posición de la válvula: permite detectar que la válvula de descarga está cerrada
• Cerraduras de seguridad: colocadas en cada puerta de acceso, garantizan la seguridad de la máquina al evitar que el operador acceda a la batidora mientras está en funcionamiento, o encienda la batidora si se abre un punto de acceso.

ATEX: riesgo de explosión de polvo en mezcladores de cinta

Para procesar polvos, los mezcladores de cinta, que se mezclan con una velocidad de la punta de la herramienta mezcladora> 1 m / s, deben presentar las siguientes características para evitar riesgos de explosión de polvo:

• El espacio entre la punta de las paletas y el cuerpo de la batidora debe ser lo suficientemente grande para evitar cualquier contacto con la cinta / carcasa.
• Los sellos de los cojinetes deben estar presurizados
• Durante la carga y descarga, la velocidad del mezclador debe ser tal que la velocidad de la punta de las paletas sea <1 m / s

La velocidad de la punta de la cinta se puede calcular gracias a la siguiente fórmula:

Con :
- R es el radio de la herramienta mezcladora (del centro del eje a la punta de la paleta) en m
- n es la velocidad de mezcla en rpm

Ecuación 1: Velocidad de la punta

5. Dimensionamiento del mezclador de sólidos

El mezclador debe ser el cuello de botella de la instalación de mezcla, lo que significa que no debe ser ralentizado por la sección de proceso aguas arriba o aguas abajo. La capacidad de la instalación debe ser un dato y en consecuencia debe elegirse un tamaño de lote, considerando también un número estimado de lotes / h

Tamaño de lote (kg) = Capacidad (kg / h) / Número de lotes por hora (/ h)

Siendo el proceso de mezcla realmente volumétrico, es necesario conocer la densidad sin explotar (suelta) de la mezcla para dimensionar adecuadamente el mezclador.

Tamaño de lote (l) = Tamaño de lote (kg) / Mezcla de densidad suelta (kg / l)

Además de esto, es fundamental considerar que el sistema nunca debe llenarse al 100% de su capacidad, para dejar espacio para el movimiento de partículas.

Tamaño total del mezclador (l) = tamaño del lote (l) / 0,7

Los mezcladores tienen un coeficiente de llenado máximo entre 0,65 y 0,8 por lo general.

6. Problemas comunes con las mezcladora de cinta

Guía general de solución de problemas para mezcladores de cinta

Las licuadoras de cinta suelen ser equipos confiables, sin embargo, una cierta cantidad de problemas pueden requerir algunas correcciones:

Tabla 1: problemas comunes con las mezcladoras de bandas

Problema	Causa raíz y acción
La cinta está bloqueada	Demasiado alta densidad del polvo - reducir la densidad / tamaño del lote Encienda la batidora a baja velocidad durante el llenado y no la detenga hasta que se descargue.
Tiempo de mezcla demasiado largo	La mezclador está demasiado llena - reduzca el tamaño del lote La velocidad de mezcla es demasiado baja - aumente la velocidad de mezcla La secuencia de llenado es incorrecta: asegúrese de que los ingredientes pequeños se carguen entre los principales
Daños del producto, rotura	Tiempo de mezcla demasiado largo Demasiada velocidad

7. Guía de compra de mezcladora de cinta: cómo seleccionar una mezcladora de bandas

7.1 Comprar una licuadora de cinta nueva

Al adquirir un nuevo mezclador de cinta para su fábrica, se deben hacer las siguientes preguntas para comprar las especificaciones correctas:

• ¿Cuál es el rendimiento esperado de la línea? ¿Cuál es la densidad del producto a mezclar? ¿Cuál es el tiempo de mezcla esperado y el tiempo de ciclo? Esto le dará el tamaño de la licuadora de cinta para comprar. No olvide que la licuadora de cinta no debe llenarse a más del 80% de su volumen total.
• ¿Es una aplicación que requiere limpieza? Si es así, considere las puertas de acceso en la parte superior de la licuadora para limpiar, considere las cerraduras de seguridad en el acceso
• ¿La aplicación maneja un producto abrasivo? En caso afirmativo, consulte con el proveedor de la licuadora de cinta la aleación en la que se puede suministrar la licuadora.
• ¿Qué tan rápido se descarga la licuadora? Cómo ? Esto le dará las entradas necesarias para la válvula de descarga.
• ¿Está en zona ATEX? En caso afirmativo, la licuadora debe estar certificada, la paleta / alojamiento de holgura garantizada, los sellos de los cojinetes deben estar presurizados y posiblemente su temperatura monitoreada

7.2 Licuadora de cinta de segunda mano

En el mercado se pueden encontrar muchas licuadoras de cinta usadas. Cuando busque una batidora de segunda mano, debe realizar las siguientes comprobaciones:

• ¿Se utilizó la licuadora de cinta para una aplicación similar a sus necesidades?
• Busque daños en la cinta, arañazos en el interior de la carcasa, mida el espacio entre la cinta y la carcasa, no debe haber contacto metálico con el metal.
• Haga funcionar el mezclador, escuche los cojinetes, si es posible mida las vibraciones
• Si es necesario, ¿se puede limpiar la batidora?
• ¿Se puede modificar la cubierta para adaptarse a sus necesidades de accesorios?
• No todas las cintas son equivalentes, si es posible, realice una prueba con el producto para validar la homogeneidad y la degradación del producto durante la mezcla.
• ¿Funciona la válvula de descarga?
• Pruebe toda la instrumentación que pueda venir con el mezclador
• ¿El mezclador cumple con ATEX para el área que usted definió? De lo contrario, ¿se puede reequipar?

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Sources

Mixing in the Process Industries, Harnby, Edwards, Wienow, Butterworth Heinemann, 1992
Food Mixing : Principles and Applications, Cullen, Wiley-Blackwell, 2009
Perry's Chemical Engineer's Handbook, McGraw Hill, 2008