Compactadores de rodillos: principios básicos y visión general de la tecnología

Las prensas de rodillos se utilizan para procesar sólidos a granel (polvos, gránulos) con el fin de realizar una granulación seca mediante compactación. Normalmente pueden producir una lámina compactada de material que luego se muele, aunque algunos modelos tienen rodillos específicos cuya forma permite producir briquetas. Esta página se centra en el diseño de las prensas de rodillos, los mecanismos detrás de la agglomeración del material que pasa por un compactador de rodillos y las diferentes aplicaciones de esta tecnología.

1. ¿Qué es una prensa de rodillos de compactación?

Los compactadores de rodillos utilizados para la compactación de polvos emplean rodillos contrarrotativos mantenidos en posición por un sistema mecánico o hidráulico que, típicamente, aplica una fuerza a uno de los cilindros, denominado "rodillo flotante".

El material se introduce entre los 2 rodillos para ser compactado. La compactación puede realizarse entre 2 rodillos lisos, en cuyo caso se produce una cinta o banda/lámina de material compactado; sin embargo, los rodillos también pueden tener una forma específica que permita producir piezas de polvo compactado.

Si se produce una banda de material comprimido, generalmente se muele posteriormente para obtener un producto granulado que puede venderse o procesarse aún más (por ejemplo, para producir comprimidos en una prensa de tabletas), por lo que la máquina suele denominarse granulador de prensa de rodillos.

2. ¿Cómo se aglomera el polvo al pasar por una prensa?

Cuando el polvo pasa entre los 2 rodillos, se somete a la presión de los mismos, lo que conduce a una agglomeración en seco del material. Esta granulación seca es posible gracias a diferentes mecanismos que, a nivel de partícula, permiten mantener unido el material:

• Creación de puentes sólidos entre partículas mediante
• Reacción química
• Fusión o sinterización
• Capas de adsorción
• Asociaciones no valentes
• Fuerzas moleculares, eléctricas o magnéticas entre partículas (por ejemplo, fuerzas de Van Der Waals)
• Entrelazamiento mecánico

Al igual que en procesos de compactación similares (como las prensas de tabletas), el polvo primero se reordena, densifica y luego se fractura y deforma bajo presión. El contacto íntimo resultante de esta compresión permite la creación de enlaces entre las partículas. Tras la compresión, el material suele reexpandirse ligeramente. El gráfico a continuación ilustra estos cambios en la estructura del polvo según la presión a la que se somete durante el proceso de compresión.

Gráfico 1: Mecanismos de agglomeración por presión con las diferentes etapas alcanzadas y su impacto en el material [Pietsch]

3. ¿Principio de funcionamiento de las prensas de rodillos de compactación?

La compresión del polvo se realiza según los siguientes pasos [Pietsch]:

• Alimentación, densificación y alimentación forzada del polvo a los rodillos: el material a granel a compactar se transporta a la prensa mediante un sistema de manejo de polvos (por ejemplo, usando transporte neumático, o simple alimentación por gravedad) y luego se introduce en una tolva conectada directamente sobre los rodillos. Esta tolva suele estar equipada con uno o varios alimentadores de tornillo que permiten forzar la alimentación del material hacia el espacio entre los rodillos. Los tornillos permiten generar presión, densificar los materiales y mejorar la alimentación a los rodillos.

Figura 2: Alimentación forzada de polvo al área de compresión con un alimentador de tornillo

• Desaireación del polvo: mientras el polvo se densifica, la porosidad disminuye, lo que significa que hay menos espacio para el aire. El aire debe, por lo tanto, escapar del polvo durante las primeras etapas de densificación, justo encima de los 2 rodillos. Si la desaireación no se completa correctamente, esto puede generar defectos graves de calidad tras la compresión, ya que, después de pasar por el espacio entre los 2 cilindros, el aire puede expandirse repentinamente y romper el agglomerado.
• Compresión: la contrarrotación de los rodillos permite arrastrar el material hacia el área central entre los 2 rodillos, densificarlo y finalmente llevarlo al ángulo de compresión ("nip angle"), donde comienza el trabajo real de compresión. Al pasar por esta zona, el material atraviesa finalmente el área entre los 2 cilindros, donde se somete a una presión muy alta. Es esta presión extremadamente alta la que permite compactar el polvo lo suficiente para agglomerarlo.
• Descarga: la zona de alta presión entre los 2 cilindros es, de hecho, bastante pequeña; inmediatamente después de la compactación, el material es expulsado por los rodillos contrarrotativos. Justo después de la descarga, se observa una expansión de la lámina de material compactado.

4. Aplicaciones de las prensas de rodillos de compactación

• Farmacéutica (generalmente diseños higiénicos especiales)
• Químicos / Fertilizantes / Detergentes
• Carbonato de sodio, cloruro de sodio, sulfato de sodio, nitrato de sodio, cloruro de amonio, sulfato ferroso, cloruro de calcio, aditivos para fundición
• Sulfato de sodio, cloruro de sodio, carbonatos, cianuro de sodio, cianuro de potasio, sulfato ferroso, bromuro de potasio, ácido bórico, urea (para briqueteado)
• PK, NPK, cloruro de potasio, sulfato de potasio, sulfato de amonio, nitrato de potasio, fosfato, escoria de potasa
• Acero
• Virutas
• Materiales de desecho o subproductos
• Minería, minerales y óxidos
• Óxido de uranio, óxido de cromo, óxido de hierro, óxido de zinc
• Cal, dolomita, magnesia
• Polvo de mineral de níquel
• alúmina, bauxita, cal, dolomía, yeso, caolín, magnesia, espato flúor, pigmentos para pinturas, azufre (para briqueteado)
• Óxidos metálicos (óxidos Waelz), óxidos de tierras raras, hidróxido de circonio, ferroaleaciones, trióxido de molibdeno, arena de circonio (para briqueteado)
• Carbón
• Catalizadores
• Polímeros
• Lodos de depuradora secos

5. Fabricantes de prensas de compactación por rodillos

Las prensas de rodillos abarcan desde maquinaria pequeña para la industria farmacéutica hasta sistemas muy robustos para las industrias química, de fertilizantes y minera. Por ello, es fundamental seleccionar productos de una empresa con experiencia sólida y demostrada, capaz de suministrar máquinas fiables, de alto rendimiento y fáciles de mantener. Entre estas empresas, cabe destacar a Sahut-Conreur (sahutconreur.com).

Fuente

[Pietsch] *Procesos de aglomeración* (*Fenómenos, tecnologías, equipos*), Pietsch, Wiley-VCH, 2004