Es crucial al realizar una operación de mezcla de sólidos a granel (polvos, gránulos, etc.) alcanzar un nivel de homogeneidad que haga que la mezcla sea adecuada para su venta o procesamiento posterior. Los ingenieros suelen preguntarse por qué una mezcla no es lo suficientemente homogénea: uno de los parámetros clave a verificar es el tamaño de las partículas mezcladas.

1. Homogeneidad de la mezcla

Al realizar una operación de mezcla, la homogeneidad al final del tiempo de mezclado es el parámetro de calidad que más importa. Alcanzar la calidad de mezcla correcta permitirá cumplir con las propiedades requeridas para que la mezcla funcione bien en una etapa posterior del proceso, o directamente con el cliente. La homogeneidad debe definirse en relación con un tamaño de muestra, elegido según el uso final de la mezcla, y mediante estadísticas, extrayendo varias muestras de un mezclador y determinando, para cada muestra, una medida clave que representará la calidad de la mezcla (por ejemplo, la concentración de un componente).

Sin embargo, ocurre que, a pesar de un tiempo de mezcla correcto, una velocidad de mezcla adecuada, la homogeneidad de la mezcla en el mezclador, o tras la descarga, no es satisfactoria. En muchos casos, esto se debe a la diferencia en los tamaños de partícula entre los distintos componentes de la mezcla.

2. Influencia del tamaño de partícula en la homogeneidad de la mezcla

Tener una mezcla compuesta por ingredientes con tamaños de partícula muy diferentes la hace sensible a la segregación (desmezcla). Los sólidos de diferentes tamaños de partícula tienden, efectivamente, a separarse, con las partículas pequeñas en una zona y las grandes en otra.

Existen, de hecho, diferentes mecanismos de segregación y todos pueden activarse al tener partículas de distintos tamaños:

• Percolación: las partículas más pequeñas pueden atravesar los huecos entre partículas grandes, típicamente cuando la mezcla se somete a vibración. Inversamente, este fenómeno parece hacer que las partículas gruesas asciendan en la mezcla de polvo.
• Elutriación: al descargar polvo desde un equipo hacia una tolva, por ejemplo, el aire desplazado de la tolva receptora asciende y encuentra las partículas que caen; las partículas grandes no se ven afectadas significativamente, pero las más pequeñas permanecerán en suspensión más tiempo y, por lo tanto, solo se depositarán al final de la descarga, lo que lleva a una mayor concentración de partículas finas en la parte superior del lecho de polvo.
• Segregación por trayectoria: debido a su tamaño, las partículas más grandes tenderán a moverse más lejos que las partículas pequeñas.

Dado que la diferencia en el tamaño de partícula es la causa principal de la mayoría de las heterogeneidades en mezclas de sólidos a granel, una de las posibilidades para la industria es adaptar los tamaños de partícula de los ingredientes de las recetas para reducir la distribución y, por lo tanto, disminuir el riesgo de segregación.

3. Mejora de la homogeneidad mediante el cambio del tamaño de los materiales mezclados

Existen diferentes posibilidades para evitar la segregación de partículas en una mezcla de sólidos:

• Puede ser posible asegurar que la mezcla no fluya libremente, lo que reduce drásticamente los riesgos de segregación, especialmente para las operaciones posteriores del proceso. Sin embargo, esto puede causar problemas graves de procesamiento si la mezcla simplemente no fluye bien desde las tolvas.
• Otra posibilidad es realizar una granulación (seca o húmeda) , que consiste en agglomerar las partículas para formar partículas más grandes que mantienen una composición definida. Este método se utiliza muy a menudo en la industria farmacéutica.
• La última posibilidad es reducir los tamaños de las partículas para disminuir la tendencia a la segregación. Esta reducción puede lograrse mediante la adquisición de ingredientes con una distribución de tamaño de partícula más cercana, o mediante molienda previa o posterior.

3.1 Especificación de materiales

La opción más efectiva, desde el punto de vista del proceso y del CAPEX, es adaptar la especificación de los materiales comprados a un proveedor. La DTP (Distribución de Tamaño de Partícula) puede, por ejemplo, definirse para que coincida con los tamaños de partícula de los otros componentes de la mezcla. Sin embargo, este enfoque no siempre es posible, y si lo es, puede implicar un mayor costo al adquirir el ingrediente.

3.2 Molienda previa

Si no es posible o económicamente viable comprar un ingrediente con el tamaño adecuado, la alternativa es moler uno o todos los ingredientes antes de la etapa de mezcla. Dependiendo de la capacidad requerida y del tamaño deseado, pueden utilizarse diferentes equipos, como un desmenuzador, un molino cónico o un molino universal.

Este método, sin embargo, introduce complejidades operativas adicionales: 1) porque debe incluirse un molino en el proceso, lo que no siempre es posible según la distribución en planta, y 2) porque el propio molino plantea problemáticas adicionales: dificultades en la configuración, necesidad de capacitación para los operarios y mayor riesgo de explosión de polvo , que debe gestionarse mediante medidas de prevención y mitigación.

3.3 Molienda posterior

Si no es posible incluir una etapa de reducción de tamaño antes de la mezcla, otra opción es colocar el molino a la salida del mezclador. Puede ser más sencillo desde el punto de vista de la distribución en planta, aunque la molienda posterior puede requerir un molino sobredimensionado, ya que todos los componentes deben pasar por él. Además, la molienda posterior puede causar segregación si, por ejemplo, uno de los componentes (más fino) sale del molino más rápido que los demás ingredientes. Si una fábrica desea implementar molienda posterior para reducir la segregación de la mezcla, debe realizarse un estudio minucioso para asegurarse de que el molino no esté causando, en realidad, una desmezcla adicional.