MEZCLADO DE SÓLIDOS
Operación unitaria cuyo objetivo es tratar a dos o más componentes de forma que cada unidad (partícula, (partícula, molécula,...) molécula,...) de uno de los componentes componentes contacte contacte lo más posible con las de los demás. Lorar un buen me!clado de sólidos particulares de diferente tama"o y densidad es de suma importancia para muc#as industrias. Las partículas que pueden fluir se serean naturalmente. $n las me!clas de líquidos miscibles y ases, el flujo convectivo lora un me!clado macro, mientras que los procesos difusivos loran el me!clado a nivel micro. %onsecuentemente, las me!clas de ases y líquidos si se dejan el tiempo suficiente tienden a #omoenei!ar la composición de la me!cla. Las me!clas sólidas nunca alcan!an tal #omoeneidad porque tienden a serearse, mientras que los líquidos y sólidos tienden a me!clarse. $n la indu indust stri riaa alim alimen enta tari riaa el me!cl me!clad adoo es de ran ran impor importa tanci nciaa cuan cuando do se trata trata de elaboración de alunos alimentos en los que la concentración de sus diversos componentes debe cumplir con normas o leislación, por ejemplo, en la elaboración de me!clas de veetales& en salc#ic#as, jamones y otros derivados cárnicos& en productos fortificados con vitaminas vitaminas y'o minerales, etc. $n el me!clado de pastas y polvos, el producto suele constar de dos o más fases fácilmente identificables y las peque"as muestras tomadas al a!ar diferirán notablemente en su composición. $ntre las propiedades de mayor importancia durante el proceso de me!clado de alimentos sólidos se pueden mencionar •
ama"o de la partícula $l tama"o de las partículas condiciona la relación entre las fuer!as de co#esión, dependientes de la superficie de las partículas, y las fuer!as inerciales y ravitacionales que dependen de la masa de las mismas. * menor tama"o de las partículas, las fuer!as de co#esión aumentan.
+ara obtener un rado óptimo de me!cla, las sustancias que se deseen me!clar deben mostrar rados de movilidad similares. i no lo tienen, se favorece la sereación de las sustancias de la me!cla.
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-orma y uosidad de las partículas La principal influencia de la forma y ruosidad de las partículas en el proceso de me!cla se refiere a su capacidad para transmitir la enería cinética recibida de los óranos del me!clador o de otras
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partículas. +arámetros $sfericidad, dimensión fractal. /ensidad de las sustancias i los componentes de la me!cla poseen una densidad diferente, por acción de la ravedad se producirá una movilidad diferencial de las partículas que puede provocar la sereación de los componentes de la me!cla. +or ello, la diferencia de densidad de los componentes disminuye la estabilidad de las me!clas. in embaro, la influencia de este factor es notablemente menor que la del
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tama"o de las partículas. 0iroscopicidad *d#esividad usceptibilidad a caras electrostáticas i aparecen, se dificulta la obtención de una me!cla #omoénea debido a la tendencia de las partículas a aruparse. $ste fenómeno puede paliarse 1sando tensioactivos, que #acen que las superficies de las partículas se #aan más conductoras, facilitando la anulación de las caras formadas. *umentando el contenido en #umedad de la me!cla.
2$%*342O /$ 2$5%L*/O
e reconoce la e6istencia de tres mecanismos en el proceso de me!clado de sólidos %onvección e produce cuando fracciones del sistema particulado total son trasladadas a otra reión del espacio donde están confinadas las me!clas. e lora en equipos que aitan o rota la me!cla. 4mplica un movimiento de masas relativamente randes de polvo. $ste movimiento puede consistir en la inversión del lec#o de polvo completo, en caso de me!cladores de volteo o bien puede producirse por arrastre mediante una #élice, mediante un tornillo sin fin, etc.
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/ifusión (no molecular) 1n me!clado del tipo difusivo en sólidos se refiere por ejemplo al movimiento de partículas sobre superficies con una pendiente dada, sólo miran por ravedad, i.e. no #ay que adicionar enería para el movimiento. e debe al movimiento aleatorio individual de las partículas
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+or esfuer!os de corte se producen planos de desli!amiento entre distintas reiones de la muestra. +or ejemplo si la me!cla es muy co#esiva, es recomendable utili!ar equipos con paletas que ejer!an esfuer!os de corte a la me!cla, en luar de me!cladores tipo rotatorios.
EQUIPOS DE MEZCLA DE SÓLIDOS:
2e!cladores de ambor otatorio $n la -iura se presentan diferentes tambores rotatorios. i bien e6iste un componente convectivo en el me!clado, el mecanismo predominante es el difusivo (ocurre sereación). $n la -iura 7 se muestra un me!clador de tambor con baffles internos para reducir la sereación.
-i 8. 2e!cladores de tambor. *) cilindro #ori!ontal, b) de doble cono, c) cono en v, d) cono en 9. -uente Orteas:ivas (7;;<)
Las me!cladoras de volteo se llenan solo #asta la mitad de su capacidad y iran a velocidades entre 7; y 8;; rpm. La velocidad de rotación debe ser siempre inferior a la velocidad crítica (aquella velocidad a la que la fuer!a centrífua supera a la de la ravedad). +ara mejorar su efectividad se colocan deflectores (=affles), paletas contra rotatoria o sistemas iratorios internos.
-i.7. 2e!cladores de tambor con bafles internos y patrón de flujo. -uente >alas (8??;)
2e!cladores convectivo $n este tipo de equipos la circulación de sólidos se lora dentro de carcasas estáticas en las que se disponen paletas que rotan. $l mecanismo principal de me!clado es la convección, sin embaro también se produce difusión y movimiento por esfuer!os de corte. 1no de los equipos más comunes es la me!cladora de cintas, donde paletas #elicoidales rotan dentro de un cilindro estático (-iura @), estas me!cladoras poseen en su interior dos o mas cintas metálicas iratorias en forma #elicoidal, con las que además del me!clado el alimento se despla!a a través de la me!cladora. Las me!cladoras de cinta (sencilla o doble) son muy utili!adas para el me!clado de inredientes secos finamente particulados, como me!cla de ranos de cereales (antes de la molienda), #arinas, me!clas para pasteles, sopas des#idratadas, incorporar aditivos, etc.
-i. @. 2e!cladora de cintas. -uente Orteas:ivas (7;;< )
Otros tipos de me!cladores son los de tornillos, los cuales se muestran en la -iura A. Los tornillos elevan material desde el fondo y lo despla!a #acia el tope.
-i.A 2e!cladores de tornillo. -uente Orteas:ivas (7;;<)
$l tornillo ubicado verticalmente ira sobre su eje, en el interior de un recipiente conico, que a su ve! ira sobre su eje lonitudinal. 2ediante este sistema se consiue una intensa acción de me!clado. +or lo que resultan muy eficaces cuando se desea incorporar una cantidad muy peque"a de un determinado inrediente (ej adición vitaminas a c#ocolates en polvo, etc). Lec#os fluidi!ados $n estos me!cladores el mecanismo de me!clado predominante es la convección. $n este equipo se puede llevar a cabo más de una operación unitaria, por ejemplo recubrimiento, enfriamiento y me!clado. 2e!cladores de alto corte on parecidos a los rotoranuladores, en este caso el mecanismo principal de me!clado son los esfuer!os de corte enerados. on muy usados para el me!clado de polvos co#esivos. %riterios de selección me!cladores móviles o o o o
-acilidad para carar, descarar y limpiar Bersátiles 2ateriales friables 3o para materiales co#esivos (mec. /ifusivo suave)
2e!cladores estáticos con aitación interna C C C
+ueden reali!ar mala6ado (ranulación #Dmeda) 3o para materiales friables 2ec. %onvectivo (E difusivo)
2e!cladores estáticos C C
2ateriales poco co#esivos, que serean con facilidad 2ec. %onvectivo
MEZCLAS BINARIAS
1na me!cla perfecta de partículas de iual tama"o y distinto color (-iura <) indica que independientemente de la reión donde tomemos una muestra, encontraremos la misma proporción de partículas neras y blancas. La me!cla perfecta, a menos que se #aa la selección manual, no es posible obtenerla en una me!cla real. Lo que se pretende lorar es una me!cla al a!ar y evitar tener me!clas sereadas.
-i.<. ipos de me!clas. -uente #odes (8??F).
1na me!cla aleatoria es aquella en que la probabilidad de que una partícula de un determinado componente se encuentre en una muestra es proporcional al nDmero de partículas de ese componente en la me!cla total. $n los procesos industriales de me!clado, lo que se espera obtener son me!clas aleatorias, ya que son en teoría las mejores me!clas que pueden lorarse en la práctica (no es posible obtener me!clas perfectas).
Gndices de 2e!clado %uando se desea valorar una me!cla, eneralmente se utili!an los Gndices de 2e!clado (2), en ellos se compara la desviación estándar de una muestra de la me!cla en estudio, con la desviación estándar de toda la me!cla tanto al inicio del proceso, como la esperada al final del mismo (me!cla aleatoria), e6isten diferentes tipos de índices entre los que tenemos los de Lacey, +ool y *s#ton y Balentin. Gndice de me!clado de Lacey
/onde H es la desviación de la me!cla real. %uando 2I; indica que la me!cla está completamente sereada, mientras que 2I8 indica que el sistema está me!clado al a!ar. $n la mayoría de los casos el índice 2 cae en el rano ;.J<:8, por lo tanto se considera que el índice de Lacey no discrimina adecuadamente sistemas con diferentes rados de me!clado. +oole y otros en 8?KA, propusieron el siuiente índice Gndice de me!clado de +oole
Gndice de 2e!clado de *s#ton y Balentin σmI /esviación estándar de la muestra evaluada
σ0I /esviación estándar de la me!cla inicial
σ∞= /esviación estándar de la me!cla esperada al final del proceso
$6isten muc#os índices de me!clado debido a que los sólidos son sistemas complejos que no pueden ser caracteri!ados de iual manera en todas las aplicaciones y circunstancias. $n la práctica, el me!clado perfecto (en el que σ∞= ;) no se alcan!a nunca, pero en una me!cladora efica! después de un tiempo de funcionamiento ra!onable este valor llea a ser muy bajo. $l índice de me!clado 28 se utili!a cuando los componentes se encuentran apro6imadamente en iual proporción en masa y'o velocidades de me!clado relativamente lentas.
27 cuando uno de ellos se #alla en muy poca proporción y'o velocidades de me!clado elevadas. 2@ s emplea para líquidos y solidos que se me!clan en forma a 28. abla 8. Gndices de 2e!clado
4$2+O /$ 2$5%L* /e este parámetro depende la #omoeneidad de la me!cla. La #omoeneidad no aumenta indefinidamente con el tiempo, sino que e6iste un tiempo de me!clado óptimo. $sto se debe a durante el proceso de me!cla compiten mecanismos de me!clado y desme!clado o sereación de los componentes. /eben ensayarse diferentes tiempos de me!clado y reali!arse pruebas de #omoeneidad con cada una de las me!clas así obtenidas. /e este modo se calcula el tiempo óptimo de me!cla. $l tiempo de me!clado e índice de me!clado están relacionados con la siuiente formula
Ln2I Kt
m
es la velocidad de me!clado constante, que varía con el tipo de me!cladora y la
K
naturale!a de la componente, y el t (s) el tiempo de me!clado. m
Gráfica . $l tiempo de me!clado se relaciona con la desviación estándar de una manera
e6ponencial.
SEGREGACIÓN
Las partículas que tienen iuales propiedades no se serean. i difieren en aluna característica el estado natural de la me!cla es ir a la sereación, la cual puede ocurrir inclusive lueo de la etapa de me!clado& por ejemplo durante el transporte, almacenamiento, llenado de recipientes, etc. %*1* /$ L* $$*%4M3 Las propiedades que favorecen la sereación son las siuientes •
/istribución de tama"o $l tama"o es una de las principales causas de sereación. %uanto más anc#as sean las distribuciones de tama"o de partículas mayor es la sereación. %uanto más randes son las partículas se observa mayor sereación.
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/ensidad Las partículas muy densas se ubican preferencialmente en el centro de las pilas. %uando se utili!a aire para el transporte o fluidi!ación, estas partículas
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sedimentan con las más ruesas. -orma Las partículas esféricas tienden a comportarse como sólidos ruesos, en
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cambio las no esféricas tienen un comportamiento similar a los finos. *d#esión i alunas partículas e6perimentan ad#esión con las paredes de una línea
•
de transporte, puede conducir a problemas de sereación. %o#esividad i las partículas son co#esivas, tratan de estar juntas, por lo tanto se reduce la sereación.
2$%*342O /$ $$*%4M3 *lunos mecanismos de sereación usuales. •
ereación por trayectoria Las distancias recorridas por las partículas son proporcionales al tama"o de las mismas, cuanto más randes son se descaran a mayor distancia (-iura Ka y J).
-i. K. 2ecanismos de sereación.
-i.J. ereación paralela
•
+ercolación de finos i la me!cla vibra, las partículas más peque"as pueden percolar entre las randes (-iura Kb). +or esta ra!ón, los finos se encuentran preferencialmente en el fondo y los ruesos en el tope. ambién este efecto se observa en la formación de pilas (-iura F), los ruesos se concentran en la superficie de la pila y los finos en el centro de la misma.
-i.F. /istribución de partículas en pilas. •
*scenso de partículas randes debido a efectos de vibración i una me!cla es sometida a vibración, las partículas más randes se mueven #acia arriba. $ste efecto se denomina Nbra!il nut effect. $n 4nternet se encuentran interesantes e6perimentos vinculados a este efecto. i bien es muy conocido el efecto aDn no se #a lorado darle una interpretación científica convincente.
=4=L4O*-G*
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OR!EGAS"RI#AS, $., 0andlin and +rocessin of -ood +oPders and
+articulars, %apítulo A en N$ncapsulated and +oPdered -oods), editado por •
OnPulata %., % +ress, aylor Q -rancis roup, =oca aton, -L, 1*, 7;;<. R$ODES% M&% 4ntroduction to +article ec#noloy, Ro#n >iley Q ons, $nland,
•
8??F 'ALAS% S&M&% %#emical +rocess $quipment, =utterPort#:0einemann eries in
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%#emical $nineerin, 1*, 8??;. #ttp''PPP.criba.edu.ar'cinetica'solidos'%apitulo8;.pdf #ttps''maqsolano.files.Pordpress.com'7;8@';?'clase:de:aitacion:y:me!clado:de:
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alimentos:ii.pdf #ttp''spPe.i!t.uam.m6'files'users'uami'mlci'file'me!cladoSsolidos.pdf
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