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Mezclador en V

Mezclador V - Mezclador tipo V

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Resumen de la sección
1. Introducción
2. Aplicaciones del mezclador en V
3. Principio de funcionamiento del mezclador en V
4. Parámetros operativos de mezcla
5. Especificaciones detalladas del mezclador en V
6. Diseños especiales del mezclador en V
7. Problemas comunes con mezcladores en V
8. Guía de compra

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1. Introducción

Los mezcladores en V están muy extendidos en las industrias de proceso, ya que ofrecen una forma sencilla y a menudo suficiente de mezclar sólidos a granel secos (polvos, gránulos, pellets, etc.) en lote. Son equipos simples, confiables y, en cierta medida, fáciles de limpiar, por lo que constituyen una buena opción para empresas pequeñas y medianas que operan en sectores como el procesamiento de alimentos o farmacéutico. También pueden utilizarse para premezclas en cualquier tipo de industria, grande o pequeña. Esta página proporciona información relevante para diseñadores de plantas, propietarios o operadores de fábricas, útil tanto para elegir un mezclador en V como para optimizar una unidad existente: aplicaciones, principio de funcionamiento, volumen de mezcla y tiempo de mezclado.

2. Aplicaciones

Los mezcladores en V pueden utilizarse para mezclar sólidos a granel secos. Se emplean especialmente en las siguientes aplicaciones:

• Procesamiento de alimentos: premezclas, cereales, mezclas de café, polvos lácteos, complementos vitamínicos, sopas, especias, etc.
• Farmacéutica: mezcla previa a la granulación
• Plásticos: mezcla de masterbatch, mezcla de pellets
• Química: mezclas de polvos metálicos, minerales
• Construcción: premezclas de acero

3. Principio de funcionamiento del mezclador en V

Los mezcladores en V son mezcladores rotativos, también llamados mezcladores de volteo. Toda la carcasa, que tiene forma de "V" y está compuesta por 2 cilindros soldados en un ángulo de 75° a 90°, gira permitiendo mezclar los componentes gracias a una mezcla difusiva.

No hay agitadores dentro del mezclador en V; todo el movimiento del polvo se debe a la rotación de la carcasa, que crea un efecto avalancha del producto. Tras un cierto número de rotaciones, se obtiene una mezcla óptima. Debido a la ausencia de agitador, cabe señalar que este tipo de mezclador funcionará satisfactoriamente con sólidos de flujo libre, pero menos con materiales cohesivos, ya que estos últimos no pueden dispersarse lo suficiente con el movimiento de rotación.

Estos mezcladores suelen suministrarse con 2 aberturas en la parte superior de la "V". La forma en V facilita el vaciado del mezclador al final del proceso.

Debido al volteo (lento) y a la ausencia de agitador, la mezcla suele ser bastante suave para los componentes, por lo que se espera un daño mínimo en los ingredientes. Sin embargo, la obligación de trabajar con materiales de flujo libre también puede ser perjudicial en términos de desmezcla, un aspecto que debe controlarse al validar un mezclador en V.

Figura 1: Dibujo del mezclador en V

4. Parámetros operativos de mezcla

Para los mezcladores en V, el tiempo de mezcla suele ser de 10-15 min. Problemas comunes que conducen a un tiempo de mezcla prolongado o a no alcanzar la homogeneidad deseada, expresada como Cv (coeficiente de variación) , incluyen el sobrellenado del mezclador, el uso de materiales que no son suficientemente de flujo libre, o que, aunque lo sean, presentan grandes diferencias en el tamaño de partícula o densidad. La forma de cargar el mezclador también tiene una influencia muy alta en el tiempo de mezcla.

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

• Tamaño del : del 40 % al máximo 70 % del volumen total del mezclador. Es muy importante dejar espacio libre en un mezclador rotativo de caída libre. Los sólidos necesitan espacio para rodar, y el nivel de sólidos a granel no debe ser demasiado alto para permitir una buena difusión del material entre las dos "piernas" del mezclador en V. Un llenado al 70 % puede ser ya demasiado alto para algunas mezclas; por lo tanto, deben organizarse pruebas para optimizar la tasa de llenado. Algunas fuentes informan de un aumento significativo en el tiempo de mezcla requerido debido a un exceso de llenado: hasta 3 veces más largo al 60 % frente al 40 %, y 2 veces más largo al 70 % frente al 50 %.
• Velocidad de mezcla : se debe seguir la recomendación del proveedor. La velocidad típica para mezcladores de tamaño medio (500-2000 l) ronda los 10-25 rpm, dependiendo del tamaño del mezclador (a mayor tamaño, menor velocidad), con un número de Froude < 1. Los mezcladores en V tienen una velocidad crítica, donde la fuerza centrífuga iguala a la fuerza de gravedad: la velocidad óptima de mezcla se sitúa en el rango del 50 % al 80 % de la velocidad crítica de rotación. Cabe señalar que la velocidad de rotación no influye mucho en la tasa de mezcla, siempre que esté lejos de la velocidad crítica. Para polvos de flujo libre, el parámetro importante es el número total de rotaciones que conducirán a una mezcla homogénea. Esto permite, en algunos casos, aproximar un escalado considerando el número total de rotaciones igual para ambos tamaños (nota: este enfoque debe usarse con precaución, ya que no siempre es válido). Para polvos cohesivos, por el contrario, la velocidad de rotación es importante, ya que la tasa de cizallamiento promueve la mezcla.
• Es muy importante cargar este tipo de mezclador de manera simétrica. Por ejemplo, se necesitará un tiempo de mezcla muy largo si todos los ingredientes 1 están en la primera "pierna" mientras que todos los ingredientes 2 están en el otro lado. Es mejor proceder por capas y, en el caso de ingredientes pequeños, intentar verterlos en el centro de los principales. Si el nivel es más alto que la unión de los 2 cilindros, se debe verter una cantidad igual de polvo en ambos para optimizar el tiempo de ciclo.

Figura 2: Volumen de mezcla recomendado y máximo para mezclador en V

• Los mezcladores en V son muy eficientes si los ingredientes menores representan al menos el 1 % del tamaño del lote. Cantidades inferiores pueden dar lugar a tiempos de mezcla más largos.

La potencia requerida para un mezclador en V es bastante baja, en el rango de 1-3 kW/m³.

5. Mezclador en V - Especificaciones detalladas

Volumen total del mezclador, volumen útil y potencia

Los mezcladores en V están bastante estandarizados entre los fabricantes. A continuación, se presenta un rango típico de mezcladores con las siguientes capacidades:

Cálculo de la capacidad del mezclador en V

La capacidad de un mezclador en V, en términos de rendimiento en kg/h, depende del tamaño del lote (como se explicó anteriormente, la tasa de llenado es del 40-70 % del volumen de agua del mezclador), el tiempo de mezcla y el tiempo de carga y descarga. El tiempo total de ciclo se calcula como t = L + M + D, y el rendimiento puede calcularse como m = V * r * ρ * 60 / t

Donde:
t = tiempo total de ciclo en min; L = tiempo de carga en min; M = tiempo de mezcla en min; D = tiempo de descarga en min; m = rendimiento en kg/h; V = volumen de agua en m³; r = relación de llenado (0,4 a 0,7); ρ = densidad aparente de la mezcla en kg/m³

Carga y descarga

Dado que toda la carcasa está girando, el mezclador debe desconectarse del resto del proceso durante la mezcla. Esto implica operaciones manuales para cargar y descargar. La carga y descarga pueden realizarse directamente por el operador, aunque esto puede generar emisiones de polvo. Para evitarlo, el mezclador puede ubicarse en una estación de basculación y tolva de descarga mediante mangueras flexibles, aunque aún requiera intervención del operador.

Válvulas de descarga

La válvula de descarga de los mezcladores en V suele ser una válvula de mariposa accionada manualmente.

Instrumentación

Al estar el mezclador en rotación, no suele estar equipado con muchos instrumentos, que en cualquier caso no parecen necesarios. El control generalmente se limita al tiempo de mezcla y la velocidad de rotación. Algunos proveedores ofrecen sensores NIR para monitorizar la mezcla y ayudar a optimizar el tiempo de mezclado. Estos sensores se ubican en el eje del mezclador.

ATEX

Si el mezclador procesa polvos que pueden generar explosiones, debe ser objeto de un análisis de riesgo ATEX. Esto incluye evaluar los riesgos dentro del mezclador, donde puede formarse una nube de polvo peligrosa, así como en los alrededores durante la carga, descarga o en caso de derrame de polvo durante la rotación.

Seguridad

La rotación del mezclador puede suponer un riesgo de seguridad si un operario se acerca demasiado. Es necesario instalar una jaula de protección alrededor del mezclador, lo suficientemente alta para evitar que las personas accedan al área de mezcla. La puerta debe bloquearse cuando el mezclador esté en funcionamiento, y el mezclador no debe arrancar si la puerta está abierta.

Si se utilizan mangueras flexibles para cargar o descargar el mezclador, también puede ser necesario disponer de interruptores de proximidad que detecten la conexión, a fin de evitar que la rotación comience con las mangueras aún acopladas.

6. Diseños especiales del mezclador en V

Diseño asimétrico

Es posible considerar dos carcasas cilíndricas de diferente longitud, lo que hace que el mezclador sea asimétrico. Este diseño puede facilitar la mezcla de un cilindro a otro, reduciendo la segregación y disminuyendo el tiempo de mezcla. Esto también puede lograrse mediante deflectores posicionados en el mezclador (aunque debe tenerse precaución con los inconvenientes de esta ejecución, ya que puede reducir la accesibilidad y limpieza del mezclador). Cabe señalar que los deflectores mejoran la mezcla al reducir la simetría, pero no aportan una tasa de cizallamiento adicional.

Barra intensificadora

Algunos fabricantes proponen instalar un agitador a lo largo del eje de la mezcladora, girando a alta velocidad. Este intensificador aporta mezcla por cizallamiento, mejorando así el rendimiento con polvos cohesivos o mezclas con tendencia a agglomerarse. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la presencia de una barra intensificadora puede causar rotura del producto, lo cual debe ser considerado por el operador de la mezcladora.

7. Problemas comunes en mezcladoras en V

Las mezcladoras en V suelen ser equipos fiables, pero ciertos problemas pueden requerir correcciones:

Tabla 1: problemas comunes en mezcladoras de cinta helicoidal

Problema	Causa raíz y acción correctiva
Tiempo de mezcla excesivo	Mezcladora sobrecargada - reducir el tamaño del lote Velocidad de mezcla demasiado baja - aumentar la velocidad de mezcla Secuencia de carga incorrecta - asegurarse de que los ingredientes menores se carguen entre los mayores y que la carga se realice por capas (ver gráfico anterior)
Daños o rotura del producto	Optimizar el tiempo de mezcla Evitar el uso de la barra intensificadora o reducir su velocidad

8. Guía de compra de mezcladoras en V - Cómo seleccionar una mezcladora en V

8.1 Mezcladoras en V en venta: Adquisición de una nueva mezcladora en V

Al seleccionar una nueva mezcladora en V para su instalación, las siguientes preguntas deben plantearse para adquirir la especificación correcta:

• ¿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 determinará el tamaño de la mezcladora en V a adquirir. No olvide que la mezcladora en V no debe llenarse más del 40-60% de su volumen total y como máximo un 70%
  
• ¿La mezcla es de flujo libre? ¿O es necesario contar con una barra intensificadora para manejar mezclas más cohesivas? ¿Se realizaron pruebas que indiquen si el uso de una geometría asimétrica sería beneficioso para reducir el tiempo de mezcla?
  
• ¿Es posible cargar la mezcladora por capas y evitar una carga simétrica vertical?
  
• ¿Qué velocidad de descarga se requiere para la mezcladora? ¿Cómo se realizará? Esto proporcionará los datos necesarios para la válvula de descarga.
• ¿Se encuentra en una zona ATEX ? En caso afirmativo, la mezcladora debe estar certificada.

8.2 Mezcladora en V de segunda mano

En el mercado existen muchas mezcladoras en V usadas. Al buscar una mezcladora de segunda mano, se deben realizar las siguientes comprobaciones: ¿Se usó la mezcladora en V para una aplicación similar a sus necesidades?

• Buscar daños, rayaduras en el interior de la carcasa o marcas de martillo en el cuerpo.
• Poner en marcha la mezcladora, escuchar los rodamientos y, si es posible, medir las vibraciones.
• En caso necesario, ¿puede limpiarse la mezcladora?
• ¿Pueden modificarse las puertas de apertura y la válvula de salida para adaptarse a sus necesidades de conexión?
• Probar los controles que puedan acompañar a la mezcladora: temporizador de mezcla y controlador de velocidad de mezcla.
• ¿La mezcladora cumple con ATEX para el área definida? Si no, ¿puede adaptarse para cumplir con la normativa?
• Fuentes

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Experiencia del autor

"Determinación del factor de escalado de mezcladoras en V: una visión general", V.S.C. Chopra et al, *Der Pharmacia Lettre*, 2010, 2(2): 408-433
"Escalado de operaciones de mezcla de polvos", Muzzio y Alexander, *Pharmaceutical Technology*, 2005
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