TIPOS BASICOS DE SISTEMAS DE MEZCLADO.

TIPOS BASICOS DE SISTEMAS DE MEZCLADO.

El equipo de mezclado para pastas, caucho y masas plásticas se utiliza cuando el material es demasiado viscoso o plástico para fluir fácilmente hasta la zona de succión de un agitador y no se pueden crear corrientes de flujo. En estos casos, el material tiene que ser conducido hasta el agitador, o bien el agitador tiene que recorrer todas las partes del sistema de mezclado. La acción en este tipo de máquinas puede describirse como «una combinación de cizalladura de baja velocidad, molturación, frotamiento, estirado y compresiórm2.

La energía mecánica se aplica directamente a la masa de material mediante partes móviles. En los mezcladores cerrados, como pueden ser los Banbury, la pared interior de la carcasa actúa como una parte del sistema de mezclado y toda la acción de mezclado ocurre junto a las partes móviles. Las holguras entre los brazos o rotores del mezclador y la pared de la carcasa son pequeñas. Las fuerzas generadas en estos mezcladores son grandes; el equipo debe estar robustamente construido, y el consumo de energía es elevado. El calor generado por unidad de masa tratada es suficiente para requerir refrigeración; de lo contrario la temperatura acanzaría un valor peligroso para el equipo o para el material mezclado.

Los mezcladores para polvos secos comprenden máquinas que se utilizan también para pastas duras y otras que están restringidas para polvos que fluyen libremente. La mezcla tiene lugar debido a la agitación a baja velocidad por el agitador, o por deslizamiento centrífugo e impacto. Estos mezcladores son de construcción relativamente ligera, por lo menos en comparación con mezcladoras para pastas plásticas correosas, y su consumo de energía por unidad de masa de material mezclado es moderado.

Los límites entre los campos de aplicación de los distintos tipos de mezcladores no son nítidos. Los mezcladores de agitación que se han descrito en el

Capítulo 9 no se utilizan habitualmente cuando la viscosidad es superior a aproximadamente 2 kP, especialmente si el líquido es no newtoniano. Las amasa- doras y los mezcladores de extrusión operan con pastas espesas y masas plásticas; los rodetes de impacto sólo se utilizan para polvos secos. Sin embargo, otros tipos de mezcladores pueden operar con líquidos, pastas, sólidos plásticos y polvos.

MEZCLADORES PARA PASTAS Y MASAS PLASTICAS

Los mezcladores que se describen en esta sección son de cubetas intercambiables;

amasadoras, dispersores y masticadores; amasadoras continuas; mezcladoresextrusores;

rodillos mezcladores; mezcladores de moletas y cubeta; y batidoras.

Mezcladores de cubetas intercambiables. Estos dispositivos pueden mezclar líquidos

o pastas ligeras, como ocurre en el procesado de alimentos o en la

fabricación de pinturas. Una cubeta intercambiable, de 20 a 400 litros de capacidad,

contiene el material objeto de mezclado. En el modelo que se muestra en la

Figura 29.la, el agitador consta de varias placas verticales, o dedos, solidarias

con un cabezal rotatorio y situadas cerca de la pared de la cubeta. Las placas

están ligeramente alabeadas. El agitador va montado excéntricamente con respecto

al eje de la cubeta, que a su vez está sujeta a un soporte que gira en

dirección contraria a la del agitador, de tal forma que durante la operación todo

el líquido o pasta contenidos en la cubeta son llevados hasta las placas para ser

mezclados. Cuando la mezcla ha terminado, se levanta el cabezal del agitador

retirando así las placas fuera de la cubeta. Se limpian entonces las placas y se

sustituye la cubeta por otra que contiene una nueva carga..

En la batidora de la Figura 29.lb el vaso o cubeta son estacionarios. El

agitador tiene un movimiento planetario. A medida que gira también se desplaza,

de forma que recorre todas las partes del vaso. Las batidoras se diseñan de forma

que las paletas pasan muy cerca de las paredes y del fondo del vaso de mezclado.

W (b)

Figura 29.1. Mezcladores de pastas con doble movimiento: (u) mezclador de cubeta; (b)

batidora.

MEZCLADO DE SOLIDOS Y PASTAS 971

Amasadoras, dispersores y masticadores. El amasado es un método de mezclado

que se utiliza con sólidos plásticos o deformables. Aplastan la masa, la remueven

sobre sí misma y la aplastan nuevamente. La mayor parte de las amasadoras

también desgarran y cortan la masa por la acción de una pala móvil y una

superficie estacionaria. La energía que se requiere es relativamente grande aun

con materiales poco viscosos; cuando la masa se vuelve dura y elástica el consumo

de energía se hace muy grande.

La amasadora de dos brazos se utiliza para tratar suspensiones, pastas y masas

plásticas ligeras. Sus aplicaciones típicas son la preparación de bases de laca a

partir de pigmentos y desmenuzamiento de borras de algodón en ácido acético y

anhídrido acético para formar acetato de celulosa. El dispersor es de construcción

más robusta y admite más potencia que una amasadora; se emplea para incorporar

aditivos y colorantes en materiales espesos. Un masticador o masticadora es

todavía más robusto y también admite más potencia. Puede desmenuzar trozos

de goma y tratar las masas plásticas más duras que puedan presentarse. Las

masticadoras se denominan con frecuencia mezcladores intensivos.

En todos estos tipos de aparatos el mezclado se realiza por medio de dos

robustas palas dispuestas paralelamente sobre ejes horizontales que giran cerca

de un fondo con forma de silla de montar. Las palas o brazos giran uno en

sentido contrario del otro en la parte superior arrastrando la masa hacia abajo,

donde sufre un efecto de cizalla entre las palas y el fondo. Los círculos de

rotación de las palas son generalmente tangenciales, de forma que pueden girar a

distintas velocidades con una relación deseada. La relación óptima es del orden

de l$l. En algunos aparatos las palas se solapan y giran con la misma velocidad

o con una relación de velocidades 2:l. En la Figura 29.2 se muestra una pequeña

amasadora de dos brazos con palas tangenciales.

En la Figura 29.3 se presentan algunos diseños de palas de mezcla para

diferentes fines. La pala en forma de sigma que parece a la izquierda se utiliza

para el amasado con carácter general. Sus bordes pueden estar dentados para

provocar una acción de desgarro. La pala de doble arrastre, o de cola de pez,

situada en el centro, resulta especialmente eficaz para dispersar polvos o líquidos

en masas plásticas o gomosas. Las palas de un masticador son todavía más

robustas, teniendo a veces un diámetro poco mayor que los ejes que las mueven.

También se utilizan palas de masticadoras planas, elípticas y en forma de espiral.

Cuchillas

en forma

de sigma

Figura 29.2. Mezcladora de dos brazos.

972 OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA

(b)

Figura 29.3. Palas de amasadoras y dispersores: (a) pala en forma de sigma; (b) pala de

doble arrastre; (c) pala de dispersor.

El material que se ha de amasar se coloca en la cubeta y se somete a mezclado

durante 5 a 20 minutos como mínimo. Algunas veces es preciso calentar la masa

contenida en el interior de la amasadora, pero lo más frecuente es que haya que

enfriar para retirar el calor que se genera por la acción de mezclado. Normalmente,

la cubeta se descarga inclinándola para que salga su contenido; en otros

casos se voltea mediante la acción de unos engranajes al efecto. En los masticadores,

ambos ejes son accionados independientemente, a veces desde ambos extremos,

de forma que la cubeta hay que descargarla a través de una abertura situada

en el fondo.

En muchas amasadoras la cubeta está abierta, pero en algunos diseños,

llamados mezcladores internos, la cámara de mezclado está cerrada durante el

ciclo de operación. Por tanto, en la amasadora que se muestra en la Figura 29.2

se puede utilizar una tapadera cuya cara inferior se ajusta al volumen barrido

por las palas. Estos mezcladores no se pueden inclinar. Este tipo se utiliza para

disolver gomas y para dispersar gomas en líquidos. El mezclador interno más

frecuentemente utilizado es el mezclador de Banbury que se muestra en la Figura

29.4. Se trata de un mezclador de dos brazos para servicio pesado en el que

los agitadores tienen la forma de espirales interrumpidas. Los ejes giran entre 30

y 40 rpm. Los sólidos se cargan por la parte superior y se mantienen dentro de la

cubeta durante el mezclado mediante un émbolo accionado por aire a presiones

comprendidas entre 1 y 10 atm. El material se descarga a través de una puerta

deslizante situada en el fondo de la cubeta. Los mezcladores Banbury tratan

gomas y sólidos plásticos, mastican caucho crudo, desvulcanizan trozos de caucho

y preparan dispersiones acuosas y disoluciones de gomas. También realizan

los mismos trabajos que las amasadoras pero en menor tiempo y con cargas más

pequeñas. El calor que se genera durante la operación se elimina mediante una

lluvia de agua de refrigeración sobre las paredes de la cámara de mezclado, que se

recircula a través de los

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