Descripcionde las operaciones de mezclado

TEMA 6.1. DESCRIPCIONDE LAS OPERACIONES DE MEZCLADO.

El mezclado es una operación importante, incluso fundamental, en casi todos los

procesos químicos. La mezcla de líquidos se ha tratado en el Capítulo 9. El

mezclado de sólidos secos y de pastas viscosas se parece en cierto modo al

mezclado de líquidos de baja viscosidad. Ambos procesos, implican la interposición

de dos o más componentes separados para formar un producto más o

menos uniforme. Algunos de los equipos que se utilizan normalmente para la

mezcla de líquidos pueden usarse a veces para mezclar sólidos y pastas, y

viceversa.

Sin embargo, hay diferencias significativas entre los dos procesos. La mezcla

de líquidos depende de la creación de corrientes de flujo que transportan el

material no mezclado hasta la zona de mezcla adyacente al agitador. En el caso

de pastas viscosas o masas de partículas sólidas no se producen tales corrientes y

el mezclado tiene lugar por otros procedimientos. En consecuencia, normalmente

se requiere mucha más energía para el mezclado de pastas y sólidos secos que

para la mezcla de líquidos.

Otra diferencia consiste en que los líquidos mezclados dan lugar a un producto

«bien mezclado», que generalmente conduce a una fase líquida homogénea, de

la cual, las muestras tomadas al azar tienen todas la misma composición, aun

siendo de tamaño muy pequeño. En el mezclado de pastas y polvos, el producto

suele constar de dos o más fases fácilmente identificables. A partir de un producto

«bien mezclado» de este tipo, las pequeñas muestras tomadas al azar diferirán

notablemente en su composición; de hecho, las muestras de cualquier mezcla

dada pueden tener un tamaño superior a un cierto valor crítico (varias veces el

tamaño de las partículas individuales más grandes de la mezcla).

El mezclado es más dificil de detinir y evaluar para sólidos y pastas que para

el caso de líquidos. Las medidas cuantitativas del mezclado se tratan más adelante

en este capítulo y sirven de ayuda para evaluar la eficacia del mezclado, pero

en la práctica industrial la prueba de un mezclador reside en las propiedades

fínales del material mezclado. Por ejemplo, una pasta «bien mezclada» es la que

tiene las propiedades necesarias: uniformidad visual, elevada resistencia, velocidad

de combustión uniforme o cualquier otra característica deseada. Un buen

mezclador es el que produce el producto bien mezclado con el menor coste

global.

El mezclado de pastas espesas, sólidos plásticos y caucho es más un arte que

una ciencia. Las propiedades de los materiales a mezclar varían enormemente de

un proceso a otro. Aun en el caso de materiales sencillos, éstos pueden ser

notablemente diferentes durante distintos tiempos a lo largo de la operación de

mezclado. Una carga puede comenzar siendo un polvo seco que fluye libremente,

hacerse pastosa por la adición de líquido, espesa y gomosa a medida que avanza

el proceso y, tal vez después, seca, granular y que fluye libremente de nuevo.

Ciertas propiedades indeterminadas del material, tales como «espesamiento»,

«adherencia» y humectabilidad, son tan importantes para estos problemas de

mezclado como la viscosidad y la densidad. Los mezcladores de pastas y masas

plásticas tienen que ser, sobre todo, versátiles. En un determinado problema, el

mezclador elegido tiene que poder tratar el material en las peores condiciones, lo

que puede condicionar su eficacia durante otras partes del ciclo de mezclado. Por

tanto, tal como ocurre también con otros equipos, la elección de un mezclador

para materiales espesos resulta con frecuencia un compromiso entre las condiciones

de operación extremas y la calidad del producto final.

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MEZCLADORES PARA POLVOS SECOS

Muchos de los aparatos descritos en la última sección pueden mezclar sólidos

cuando están secos y fluyen libremente, lo mismo que cuando están húmedos o

980 OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA

son pastosos, elásticos o plásticos. Ejemplos de los mismos son las moleteadoras,

los mezcladores de cubeta y las batidoras. Estos aparatos, versátiles, son necesarios

cuando las propiedades del material varían notablemente durante la operación

de mezclado. Sin embargo, estos dispositivos son en general menos eficaces

con polvos secos que con otros materiales, más robustos, y consumen mayor

energía de la que sería precisa para sólidos desmenuzados que fluyen libremente.

Los aparatos más ligeros que anteriormente se han descrito pueden operar

con polvos secos y, a veces, con pastas suaves. Actúan mediante mezclado

mecánico, como en el caso de mezcladores de cintas, por repetida elevación y

caída del material, así como por volteo del mismo, como en los mezcladores

basculantes y de tornillo vertical; o bien desgarrando el producto para obtener

una capa delgada sobre el disco rotatorio o el volante de impacto.

Mezcladores de cintas. Un mezclador de cintas consiste en una cubeta horizontal

provista de un eje central y un agitador de cintas helicoidales. En la Figura

29.7 se presenta un mezclador típico. Incorpora sobre un mismo eje dos cintas

que actúan en sentidos contrarios, una de ellas desplazando lentamente el sólido

en una dirección, mientras que la otra se mueve rápidamente en sentido contrario.

Las cintas pueden ser continuas o no. El mezclado resulta como consecuencia

de la «turbulencia» inducida por los agitadores de sentido contrario y no del

movimiento de los sólidos a través de la cubeta. Algunos mezcladores de cintas

operan por cargas, mientras que otros trabajan en continuo, introduciendo la

alimentación de sólidos por un extremo y descargándolos por el otro. La cubeta

está abierta o ligeramente tapada en el caso de servicio suave y, cerrada, con

paredes gruesas, en el caso de operación a presión o a vacío. Los mezcladores de

cintas resultan eficaces para pastas poco espesas 0 para polvos que no fluyen

fácilmente. Algunas unidades discontinuas son muy grandes, pudiendo cargar

hasta 30000 litros de material. Su requerimiento energético es moderado.

Mezcladores de tornillo interno. Los granos que fluyen libremente y otros sólidos

ligeros se suelen mezclar en un tanque vertical provisto de un transportador

helicoidal que eleva y conduce el material. Existen numerosos diseños comerciales.

En el tipo que se muestra en la Figura 29.8, la hélice de doble movimiento se

desplaza formando una órbita alrededor del eje central de un recipiente cónico,

Figura 29.7. Mezclador de cintas.

MEZCLADO DE SOLIDOS Y PASTAS 981

Figura 29.8. Mezclador de tornillo interno. (Tipo orbital.)

que recorre todas las partes del mezclador. La mezcla es generalmente más lenta

que en los mezcladores de cintas pero el consumo de energía es algo menor.

Mezcladores de volteo. Muchos materiales se mezclan volteándolos en un contenedor

parcialmente lleno que gira alrededor de un eje horizontal. Los molinos de

bolas que se describen en el Capítulo 27 también se utilizan en ocasiones como

mezcladores. Sin embargo, la mayor parte de los mezcladores de volteo no

contienen elementos de molienda. Por ejemplo, los tambores de volteo se parecen

a los molinos de bolas desprovistos de las mismas. Mezclan eficazmente suspensiones

de sólidos densos en líquidos y polvos secos pesados. Otros mezcladores

de volteo, tales como el que se muestra en la Figura 29.9, solamente operan con

sólidos secos ligeros. El mezclador de doble cono que se muestra en (a) es un

aparato de uso común para polvos que fluyen libremente. La carga se introduce

en el cuerpo del aparato por la parte superior, hasta llenarlo en un 50-60 por 100.

Los extremos del contenedor se cierran y los sólidos se voltean durante 5 a 20

minutos. Se para la máquina y el material se retira por el fondo del contenedor,

pasando a un sistema de transporte o a un depósito. El mezclador de tambores

(al (b)

Figura 29.9. Mezcladores de volteo: (a) mezclador de doble cono; (6) mezclador de

tambores gemelos.

982 OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA

gemelos que se presenta en (b) está formado por dos cilindros unidos en V y gira

alrededor de un eje horizontal. Como en el mezclador de doble cono, puede

contener pulverizadores internos para introducir pequeñas cantidades de liquido

en el mezclador o, también, dispositivos accionados mecánicamente para desmenuzar

los aglomerados de sólidos. Los mezcladores de tambores gemelos son más

eficaces en algunas operaciones. de mezcla que los mezcladores de doble cono.

Los mezcladores de volteo se construyen en una gran variedad de tamaños y

materiales. Generalmente consumen algo menos potencia que los de cintas.

Un método para el cambio de escala en este tipo de mezcladores se basa en

mantener constante el número de Froude dL/g, siendo L una longitud característica

del equipo, IZ la velocidad de rotación y g la aceleración de la gravedad3.

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