Almacenamiento y transporte de slidosAlmacenamiento a granel

Los materiales gruesos, tales como grava y carbn, se almacenan a la intemperie en grandes apilamientos, sin proteccin del clima. Cuando se trata de centenares y millares de toneladas de material, ste es el mtodo ms econmico. Los slidos se retiran del apilamiento por medio de una cinta transportadora o una pala excavadora y se entregan a un transportador o al proceso. El almacenamiento a la intemperie puede dar lugar a problemas ambientales tales como formacin de polvo o lixivacin de material soluble contenido en el apilamiento. La formacin de polvo exige algn tipo de recubrimiento protector del slido almacenado; la lixivacin se controla recubriendo el apilamiento o bien construyendo en su base un estanque poco profundo con el fondo impermeabilizado, de donde se puede retirar con seguridad el lquido de lixivacin.

Almacenamiento en depsitos

Los slidos que son demasiado valiosos o demasiado solubles para estar expuestos a la intemperie, se almacenan en depsitos, tolvas o silos. stos son recipientes cilndricos o rectangulares de hormign o metal. Los silos pueden ser altos de dimetro relativamente pequeo, mientras que los depsitos son bastante anchos y no tan altos. Una tolva es un pequeo depsito con un fondo oblicuo, que se utiliza para el almacenamiento temporal antes de introducir los slidos como alimentacin de un proceso. Todos estos contenedores se cargan por la parte superior utilizando algn tipo de elevador, mientras que la descarga se realiza por lo general por el fondo. Tal como se explica ms adelante, el principal problema de diseo de un depsito es conseguir una descarga satisfactoria.

Presiones en depsitos y silos. Cuando los slidos granulares se almacenan en un depsito o un silo, la presin lateral ejercida sobre las paredes en cualquier punto es menor que la calculada a partir de la carga de material situada por encima de dicho punto. Adems, por lo general hay friccin entre la pared y los granos del slido y, debido al entrecruzamiento de las partculas, el efecto de esta friccin se propaga a travs de la masa. La fuerza de friccin en la pared tiende a contrarrestar el peso del slido y reduce la presin ejercida por la masa sobre el piso del contenedor.La presin vertical en el fondo del recipiente o el soporte del empaque es mucho menor que la ejercida por una columna de lquido de la misma densidad y altura. La presin real de los slidos depende del valor de k` para los slidos, el coeficiente de friccin entre los slidos y la pared del recipiente, as como la forma en la que los slidos estn acomodados en el recipiente. Por lo general, cuando la altura de la columna de los slidos es mayor del orden de tres veces el dimetro del contenedor, los slidos adicionales no tienen efecto en la presin de la base. Por supuesto, la masa total aumenta si se adicionan ms slidos, pero la masa adicional se efecta por las paredes y los cimientos, y no por el fondo del recipiente.En los slidos granulares a altas presiones no siempre aumenta la tendencia del flujo del material como sucede en el caso de los lquidos; en lugar de esto, al aumentar la presin de los empaques, los granos se ajustan ms entre s y esto hace el flujo ms difcil. En casos extremos la combinacin de fuerzas gravitacional y de friccin en un mismo punto del contenedor provoca que los slidos formen un arco o puente, por lo que no caen, aun cuando se remueve el material debajo de ellos. Casi todos los depsitos contienen un antipuenteo, un cono metlico poco profundo que apunta hacia arriba, colocado cerca del fondo para mantener los slidos en la abertura de descarga permitiendo un empaque ajustado. Los slidos granulares, en especial con partculas angulares, pueden perderse en funcin del flujo.

Descarga de depsitosLos slidos tienden a descargar por cualquier abertura cerca del fondo de un depsito, pero descargan mejor a travs de una abertura situada en el fondo. El flujo a travs de una abertura lateral tiende a ser incierto y aumenta la presin lateral sobre el otro lado del depsito durante el tiempo que estn fluyendo los slidos. Una salida por el fondo no se obstruye con facilidad y no genera presiones anormalmente elevadas sobre ningn punto de las paredes.Jenike y colaboradores' han estudiado los factores que afectan la descarga de slidos de depsitos. Cuando se abre la salida situada en el fondo de un depsito que contiene slidos que fluyen en forma libre, el material situado inmediatamente encima de la abertura comienza a fluir. Se desarrollan uno o dos modelos de flujo dependiendo de la inclinacin de las paredes en la seccin inferior del depsito y del coeficiente de friccin entre los slidos y las paredes del depsito." En depsitos de fondo cnico, con un cono alto, se desarrolajlujo msico, caracterizado porque todo el material desciende de manera uniforme desde la parte superior del depsito. En depsitos con un cono corto angulado o con paredes verticales y una abertura central en el fondo, tiene lugarflujo tnel. Una columna vertical de slidos, situada en la abertura, desciende sin perturbar el material lateral. Eventualmente comienza el flujo lateral, primero desde la capa ms alta de slidos dos. Se forma una depresin cnica en la superficie de la masa. Los slidos situados en el fondo del depsito o cerca de las paredes son los ltimos en salir. El material se desliza en forma lateral hacia la columna central con un ngulo aproximadamente igual al ngulo de friccin interna de los slidos. Si se aade ms material por la parte superior del depsito con la misma velocidad con la que se descarga por el fondo, los slidos prximos a las paredes del depsito permanecen estancados y no se descargan, cualquiera que sea el tiempo que dure el flujo.La velocidad de flujo de los slidos granulares por gravedad a travs de una abertura circular en el fondo de un depsito depende del dimetro de la abertura y de las propiedades de los slidos. En un amplio intervalo, no depende de la altura del lecho de slidos. Con partculas que fluyen con libertad, la velocidad de flujo de los slidos m vara aproximadamente con D}, donde Do es el dimetro de la abertura de descarga.":" Con slidos cohesivos es difcil iniciar el flujo. Sin embargo, una vez que comienza, ste se restablece en el material situado en direccin a la parte superior de la abertura de descarga. Con frecuencia la columna de slidos situada encima de la salida se desplaza como un mbolo, dejando un "agujero de ratn" con paredes casi verticales. Los slidos adherente s e incluso algunos polvos secos se adhieren con fuerza a las superficies verticales y tienen la suficiente fuerza de fijacin para soportar un tapn de dimetro considerable encima de una abertura de descarga. Por tanto, para obtener el flujo inicial y mantener el material en movimiento, tambin se necesitarn vibradores en las paredes del depsito, hlices internas cerca del piso del depsito, o turbinas de aire en la abertura de descarga.La abertura de descarga deber ser suficientemente pequeo para cerrarse con facilidad cuando los slidos estn fluyendo, pero no tan pequea para que provoque atascamiento.Es mejor hacer la abertura lo suficientemente grande de modo que pase todo el flujo deseado cuando se abra la mitad. Es posible abrirla ms adelante para limpiar un atascamiento parcial. Sin embargo, si la abertura es muy grande, la vlvula de expulsin puede ser difcil de cerrar y el control de la velocidad del flujo ser deficiente.

Transporte de solidos Transporte neumtico. En un transportador neumtico el fluido en suspensin es un gas, generalmente aire, que fluye a velocidades de entre 15 a 30 mis en tuberas con dimetros comprendidos desde los 50 hasta 400 mm. Los principales tipos de sistemas son: 1) sistemas de presin negativa (vaco), tiles en la transferencia de slidos desde mltiples puntos de entrada (ferrocarriles, autos, barcos, etctera) a un solo punto de entrega; 2) sistemas de presin positiva, adecuados para un punto de entrada y uno o ms puntos de entrega; 3) sistemas de presin-vaco, que combinan las ventajas de los dos primeros, y 4) sistemas prefluidizados, los cuales requieren menos aire y, consecuentemente, menor potencia que cualquiera de los otros mtodos.El intervalo para el manejo de materiales con respecto al tamao de la partcula va desde polvos finos hasta grnulos de 6.5 mm, y una densidad global desde 16 hasta ms de 3 200 kg/m'. Los sistemas de vaco por lo general estn limitados para velocidades de flujo de slidos menores que 6 800 kg/h y longitudes equivalentes de transporte menores a 300 m. Los sistemas de presin operan de 1 a 5 atm marromtricas y se utilizan para los slidos que fluyen libremente y que comprenden partculas de un tamao menor a 6.5 rnrn, donde se necesitan que las velocidades de flujo sean mayores que 9 000 kg/h. En trminos generales, la prdida de presin a travs del sistema es alrededor de 0.5 atm.

Otros dispositivos comunes para transportacin incluyen cinturones transportadores y elevadores de cubeta, cinturones transportadores cerrados con aceleradores semejantes a cremallera, as como varios tipos de transportadores de arrastre y vuelo. Todos incluyen una rama de retorno que carga el cinturn vaco o cadenas de regreso desde la descarga hasta el punto de carga. Los transportadores vibratorios y transportadores de tornillo carecen de etapa de regreso y slo operan sobre distancias relativamente pequeas. Los transportadores neumticos tampoco tienen rama de retorno y no estn tan limitados como para distancias de viaje. Los trasnportadores para slidos se analizan en la referencia 12i.

MEZCLADO DE SLIDOSEl mezclado de slidos, ya sea flujo libre o cohesivo, se parece en cierto grado al mezclado de lquidos con baja viscosidad. En ambos procesos intervienen dos o ms componentes separados para formar producto ms o menos uniforme. Algunos de los equipos utilizados normalmente para mezclar lquidos en ocasiones se emplean para mezclar slidos.Tambin hay diferencias significativas entre los dos procesos. El mezclado de lquidos depende de la creacin de corrientes de flujo, las cuales transportan material que no se mezcla a la zona de mezclado adyacente al impulsor. En pastas o masa pesadas de partculas slidas no es posible obtener dichas corrientes, y el mezclado se completa por otros medios. En consecuencia, se requiere mucho ms poder en las pastas mezcladas y los slidos secos que en el mezclado de lquidos.Otra diferencia es que en el mezclado (o combinacin) de lquidos, producto "bien mezclado" por lo regular significa una fase lquida verdaderamente homognea, cuyas muestras al azar, aun de tamao muy pequeo, presentan la misma composicin.En el mezclado de pastas y polvos, el producto con frecuencia consta de dos o ms fases que son fciles de identificar, cada una de las cuales puede contener partculas individuales de tamao considerable. Para un producto "bien mezclado" de este tipo, pequeas muestras al azar diferirn marcadamente en la composicin; de hecho, muestras de cualquier mezcla semejante debe ser mayor que cierto tamao crtico (varias veces el tamao de la partcula individual ms grande en la mezcla) si los resultados son significativos.

Medicin del funcionamiento de mezcladoresEl mezclado es ms difcil de definir con slidos y pastas de lo que es para lquidos.Cantidades medidas de mezclado, basadas en procedimientos estadsticos, son a veces utilizadas para evaluar el funcionamiento de mezcladores. Estos procedimientos se basan en el anlisis de muestras puntuales tomadas a partir de mezclas a varios tiempos.Una mezcla en la cual un componente es distribuido al azar a travs de otro se dice que est completamente mezclada.Para slidos no cohesivos granulares, se utilizan mltiples muestras pequeas que contienen alrededor del mismo nmero de partculas. Considere una mezcla de componentes A y B a partir de la cual N etapas puntuales, que contienen n partculas, son tomadas y analizadas. Las desviaciones estndar s se estiman a partir de los resultados analticos por la ecuacin

Aun si la mezcla es completamente mezclada, el valor de x, en las varias muestras puntuales no ser el mismo; siempre hay alguna oportunidad de que la muestra extrada a partir de una mezcla al azar contenga una mayor (o menor) proporcin de tipo de partcula que la poblacin a partir de la cual se tom. La desviacin estndar terica o, para una mezcla completamente al azar est dada por

Para slidos cohesivos, se utilizan fracciones de masa en lugar de fracciones numricas. La desviacin estndar del anlisis puntual se estima como se hizo antes a partir de la ecuacin (28.12). La desviacin estn dar para la mezcla (50antes de que el mezclado comience, es

donde Les la fraccin msica global del componente A en la mezcla.Algunas veces s se utiliza directamente como una medida del grado de la mezcla, pero con ms frecuencia la desviacin estndar (o su cuadrado, la varianza) se compara con las desviaciones estndar tericas o varianzas encontradas a partir de las ecuaciones (28.13) y (28.14)En la prctica real, la resistencia de un mezclador est en las propiedades del material mezclado que produce. Un producto bien mezclado es el que hace lo que se requiere y tiene la propiedad necesaria -uniformidad visual, alta resistencia, velocidad de combustin uniforme u otra caracterstica deseada-o Un buen mezclador es el que genera este bien mezclado al menor costo global.El mezclado de pastas pesadas, slidos plsticos y caucho es ms un arte que una ciencia. Las propiedades de los materiales a mezclar varan enormemente de un proceso a otro. Aun en un solo material pueden tener un intervalo diferente a varios tiempos de pasteamiento en la operacin de mezclado. Un lote puede empezar como un polvo seco de flujo libre, se vuelve pasta en la adicin de lquido, denso y gomoso a medida que una reaccin procede, y tal vez seco, granular y de flujo libre una vez ms. Propiedades indeterminadas de los materiales como rigidez, pegajosidad y humedecimiento son tan significativas en estos problemas de mezclado como la viscosidad y la densidad.Los mezcladores para masas de pastas y plsticos como los mencionados, deben ser verstiles. En un problema dado el mezclador elegido debe tratar el material cuando est en condiciones inadecuadas y puede no ser tan efectivo como otros diseos durante otras partes del ciclo de mezclado. Al igual que sucede con otro equipo, la eleccin de un mezclador para materiales pesados es con frecuencia un compromiso.

Mezclado para slidos no cohesivosLos mezcladores para polvos secos incluyen algunas mquinas que tambin pueden utilizarse para pastas pesadas y algunas mquinas que estn restringidas a los polvos de libre flujo. El mezclado es por agitacin a baja velocidad de la masa con un agitador, por tamboreo o por rotacin e impacto centrfugo. Estos mezcladores son de una construccin muy ligera y su consumo de energa por unidad de masa de material mezclado es moderada.

Mezcladores de cintasUn mezclador de cintas consiste de una cubeta horizontal provista de un eje central y un agitador de cintas helicoidales. En la figura 28.2 se muestra un mezclador tpico. Dos

cintas contraactuantes se montan sobre el mismo eje: una mueve el slido muy lento en una direccin, el otro lo mueve muy rpido en la otra. Las cintas pueden ser continuas o interrumpidas. El mezclado resulta como consecuencia de la "turbulencia" inducida por los agitadores contraactuantes, y no del simple movimiento de los slidos a travs de la canaleta. Algunos mezcladores de cintas operan en forma discontinua con slidos que se cargan y mezclan hasta lo deseado, mientras que otros operan en continuo, introduciendo la alimentacin de slidos en un extremo de la canaleta y descargndola por el otro. La canaleta est abierta o ligeramente cubierta para tareas ligeras y cerrada, con paredes gruesas, en el caso de operacin bajo presin o vaco. Los mezcladores de cintas resultan efectivos para pastas finas y para polvos que no fluyen con facilidad. Algunas unidades discontinuas son muy grandes, sostenien

Mezcladores de volteoMuchos materiales se mezclan voltendolos en un contenedor parcialmente lleno que gira alrededor de un eje horizontal. Los molinos de bolas descritos ms adelante en este captulo se utilizan con frecuencia como mezcladores. Sin embargo, la mayora de los mezcladores de volteo no contienen elementos de molienda. Por ejemplo, los tambores de volteo se asemejan a los molinos de bolas desprovistos de las mismas; mezclan de manera eficiente suspensiones de slidos densos en lquidos y polvos secos pesados.Otros mezcladores de volteo, como los que se ilustran en la figura 28.3, slo operan con slidos secos ms ligeros. El mezclador de doble cono que se muestra en a) es un mezclador de uso comn para polvos secos que fluyen libremente. La carga se introduce en el cuerpo del aparato por la parte superior, hasta llenarlo entre un 50 y 60%. Los extremos del contenedor se cierran y los slidos se voltean durante 5 a 20 mino Se

detiene la mquina; el material mezclado se retira por el fondo del contenedor, pasando a un sistema de transporte o a un depsito. El mezclador de coraza gemela que sernuestra en est formado por dos cilindros unidos formando una V y giran alrededor de un eje horizontal. Como en el mezclador de doble cono, puede contener pulverizadores internos para introducir pequeas cantidades de lquido dentro de la mezcla o dispositivos de impulso mecnico para romper aglomerados de slidos. Los mezcladores de coraza gemela son ms eficientes en algunas operaciones de mezclado que los mezcladores de doble cono. Los mezcladores de volteo se construyen en una gran variedad de tamaos y materiales. En general, requieren un poco menos de energa que los mezcladores de cintas.Un mtodo de escalamiento de este tipo de mezcladores se basa en mantener constante el nmero de Froude n2Ug, siendo L una longitud caracterstica del equipo, n la velocidad de rotacin y g la aceleracin de la gravedad." Wang y Fan17 tratan con detalle los procedimientos de escalamiento para mezcladores de volteo.El mezclado en mezcladores de volteo es inicialmente rpido, pero nunca completo. En este tipo de mezclador los componentes nunca son mezclados en una manera completamente aleatoria. Despus de un tiempo la calidad de los niveles de la mezcla bajan, fluctan e incluso decrece. Las fuerzas de no mezclado, por lo general electrostticas, siempre estn trabajando en un mezclador de slidos secos, y sus efectos son especialmente notables aqu. Estas fuerzas con frecuencias previenen la mezcla de llegar a ser por completo mezclada; cuando el tiempo de mezclado es largo, pueden llevar a un grado considerable de no mezclado y segregacin.

Volantes de impactoLos polvos finos y ligeros, tales como insecticidas se mezclan de forma continua esparcindolos en una capa delgada por la accin de una fuerza centrfuga. De manera simultnea se suelen agregar de forma continua distintos ingredientes secos prernezclados, cerca del centro de un disco de 250 a 700 mm (lO a 27 in.) de dimetro, que gira a alta velocidad y que los proyecta hacia afuera dentro de una coraza estacionaria. Las intensas fuerzas de cizalla, que actan sobre los polvos durante su recorrido sobre la superficie del disco, dan lugar a un mezclado completo de los diversos materiales. En algunas mquinas el disco es vertical mientras que en otras es horizontal. El molino de friccin que se ilustra en la figura 28.12 es un eficaz mezclador de este tipo. En algunos dispositivos diseados para mezclado sin reduccin de tamao, la alimentacin premezclada se introduce en un doble rotar horizontal provisto de pernos verticales cortos cerca de su periferia para incrementar la efectividad de mezclado. Para slidos fciles de mezclar, un disco de 350 mm (14 in.) gira al 750 rpm; y a3 500 rpm para materiales que son difciles de mezclar. Algunas veces son necesarios varios pasos a travs de la misma mquina o a travs de varias mquinas conectadas en serie. Para obtener buenos resultados la alimentacin premezclada de un volante de impacto debe ser bastante uniforme, ya que de esta forma no hay retencin de material en el mezclador, ni posibilidad para la recombinacin de los materiales que han pasado con el que est entrando. Los volantes de impacto mezclan de 1 a 25 toneladas/h de polvos ligeros que fluyen libremente.

Mezcladores para slidos cohesivosAlgunos de los problemas de mezclado de mayor dificultad involucran slidos cohesivos tales como pastas, materiales plsticos y caucho. En algunos casos estas sustancias se parecen a lquidos, pero su tan alta viscosidad conduce a que el equipo de mezclado deba ser de diferente forma y mucho ms poderoso que los mezcladores descritos en el captulo 9. Con slidos cohesivos los elementos de mezclado no son capaces de generar corrientes de flujo; en lugar de ello cortan, doblan, dilatan y comprimen el material a ser mezclado. Se aplica energa mecnica para mover partes directamente a la masa del material. En el tipo cerrado, tal como los mezcladores Banbury, la pared interior del coraza envolvente acta como parte del mezclado mismo, y toda la accin del mezclado ocurre cerca de las partes en movimiento. Los espacios entre las ramas de mezclado, rotores y paredes de la envolvente son pequeos. Las fuerzas generadas en estos mezcladores son grandes, la maquinaria debe ser construida rigurosamente y la energa consumida es alta. El calor liberado por unidad de masa del material tal vez requiera enfriamiento que evite que la temperatura alcance un nivel peligroso para el equipo o materialMezcladores de contenedores intercambiablesEstos equipos mezclan lquidos viscosos o pastas ligeras, como ocurre en el procesamiento de alimentos o en la manufactura de pinturas. Una pequeo contenedor intercambiable de 5 a 100 gal de capacidad contiene el material objeto de mezclado. En la figura 28.4a se muestra un mezclador de cubeta pequea: el agitador consta de varias cuchillas o dedales verticales sostenidos sobre un cabezal rotatorio y situadas cerca de la pared del contenedor. Las cuchillas estn ligeramente retorcidas El agitador va montado excntricamente con respecto al eje del contenedor. El contenedor descansa sobre una mesa giratoria impulsada en direccin opuesta a la del agitador, de tal forma que

Durante la operacin todo el lquido o pasta contenidos en la cubeta son llevados hacia las cuchillas para mezclarse. Cuando la mezcla ha terminado, se levanta el cabezal del agitador, retirando as las cuchillas fuera del contenedor; las cuchillas se limpian muy rpido; y el contenedor es reemplazado por otro que contiene una nueva carga.En el mezclador-batidor que se representa en la figura 28.4b, el contenedor o cubeta es estacionario. El agitador tiene un movimiento planetario; a medida que gira, tambin se desplaza, de forma que recorre una y otra vez todas las partes del contenedor.Los batidores estn formados para pasar con espacio libre muy estrecho entre el lado y el fondo del tanque de mezclado.

Amasadoras, dispersores y masticadoresEl amasado es un mtodo de mezclado que se utiliza con slidos deformables o plsticos. Involucra el aplastamiento de la masa plana, doblndola sobre s misma y la aplastan de nuevo. La mayor parte de las amasadoras tambin desgarran y cortan la masa separada por la accin de una cuchilla mvil y una superficie estacionaria. La energa que se requiere es considerable aun con materiales poco viscosos y a medida que la masa se vuelve dura y elstica, los requerimientos de energa se vuelven muy grandes. La amasadora de dos brazos se utiliza para tratar suspensiones, pastas y masas plsticas ligeras. Las aplicaciones tpicas son la preparacin de bases de lacas a partir de pigmentos y desmenuzamiento de borras de algodn en cido actico y anhdrido actico para formar acetato de celulosa. Un dispersador es de construccin ms robusta y admite ms energa que una amasadora; se emplea para incorporar aditivos y agentes colorantes dentro de materiales espesos. Una masticadora o masticador es todava ms pesado y admite an ms energa. Es capaz de desintegrar un trozo de caucho y tratar las masas plsticas ms duras que pueden presentarse. Las masticadoras se denominan con frecuencia mezcladores intensivos.En todos estos equipos el mezclado se realiza por medio de dos cuchillas pesadas dispuestas en ejes paralelos horizontales que giran en una cubeta pequea con un fondo en forma de montura. Las cuchillas giran una en sentido contrario de la otra en la parte superior, arrastrando la masa hacia abajo sobre el punto de la montura, donde experimenta un efecto de cizalla entre las cuchillas y la pared de la cuba. Los Crculos de rotacin de las cuchillas son por lo general tangenciales, de forma que pueden girar a velocidades diferentes en cualquier relacin deseada. La relacin ptima es de alrededor de 1t:1. En algunas mquinas las cuchillas se traslapan y giran con la misma velocidad o con una relacin de velocidades 2: 1.En la figura 28.5 se muestran algunos diseos de cuchillas de mezclado para varios propsitos. la cuchilla en forma de sigma comn que aparece en la parte izquierda se utiliza para el amasado con carcter general. Sus bordes pueden estar dentados para provocar una accin de desgarre. La cuchilla de doble rozamiento, o de cola de pez, situada en el centro, resulta particularmente efectiva para materiales plsticos pesados. La cuchilla de dispersin a la derecha desarrolla las fuerzas cortantes necesarias para dispersar polvos o lquidos en masas plsticas o gomosas. Las cuchillas de las masticadoras son incluso ms pesadas que las que se ilustran, algunas veces son ligeramente mayores en dimetro que el eje que las impulsa. Se utilizan diseos de cuchillas de masticadoras en forma de espiral, aplanadas y elpticas.Los materiales que se han de amasar o tratar se colocan en el contenedor y se someten a mezclado durante 5 a 20 minutos como mnimo. En algunas ocasiones es preciso calentar la masa contenida en la amasadora, pero ms comn debe enfriarse para eliminar el calor generado por la accin del mezclado. El contenedor con frecuencia se descarga inclinndolo para que salga su contenido. En los amasadores y en algunos dispersores slo una cuchilla del agitador se maneja de manera directa; la otra se hace girar mediante la accin de unos engranajes. En los masticadores, ambos ejes son accionados en forma independiente, algunas veces desde ambos extremos, de forma que el contenedor no puede estar inclinado y debe descargarse a travs de una abertura situada en el fondo.En muchas amasadoras el contenedor est abierto, pero en algunos diseos, conocidos como mezcladores internos, la cmara de mezclado est cerrada durante el ciclo de operacin con una tapadera, cuya cara inferior se ajusta al volumen barrido por las cuchillas.Estos mezcladores no se pueden inclinar. Este tipo se utiliza para disolver gomas y para dispersar gomas en lquidos. El mezclador interno ms comn es el mezclador de Banbury, que se presenta en la figura 28.6. Se trata de un mezclador de dos brazos para uso pesado en el que los agitadores tienen la forma de espirales interrumpidas. Los ejes giran entre 30 y 40 rpm. Los slidos se cargan por la parte superior y se mantienen en el contenedor durante el mezclado mediante un mbolo operado por aire a presiones comprendidas entre y atm. material mezclado se desacarga a travs de una puerta corrediza en el fondo del contenedor. Los mezcladores de Banbury tratan gomas y plsticos slidos, caucho crudo masticable, desechos de caucho desvulcanizado y producen dispersiones de agua y soluciones de caucho. Tambin pueden efectuar las mismas tareas que una amasadora pero en un tiempo menor y con cargas ms pequeas. El calor generado en el material durante la operacin se elimina por medio de agua enfriada esparcida sobre las paredes de la cmara de mezclado que se recircula a travs de los ejes huecos del agitador.

Amasadoras continuasLos equipos descritos hasta ahora operan de manera discontinua con cantidades de material relativamente pequeas. Cuanto ms difcil resulta la mezcla del material, el tamao de la carga debe ser menor. Muchos procesos industriales son continuos, con flujo uniforme estacionario de entrada y salida de las unidades de equipo; en tales procesos no se incorporan fcilmente los equipos que operan de manera discontinua. Las amasadoras continuas se han desarrollado para que puedan operar con materiales ligeros o no muy pesados. En un diseo tpico su nico eje horizontal gira muy lento en una cmara de mezclado y dispone, en su superficie, de varias filas de dientes arreglados en un patrn en forma de espiral que favorece el desplazamiento del material a travs de la cmara. Los dientes del rotar pasan muy prximos entre el conjunto de dientes fijos en la pared del revestimiento o coraza. El eje gira y tambin es reciprocante en la direccin axial. El material atrapado entre los dientes de las mallas es por lo tanto desgarrado en las direcciones longitudinal o axial y est sometido tambin a una accin de cizalla radial. Los slidos que entran en la mquina cerca del extremo impulsor del rotar, se descargan a travs de una abertura que rodea al eje situado en el extremo opuesto de la cmara de mezclado. La cmara consiste en un contenedor abierto para el caso de slidos ligeros y un cilindro cerrado si se opera con masas plsticas. Estas mquinas son capaces de mezclar varias toneladas por hora de materiales duros, pastosos o gomosos.Mezcladores-extrusoresSi la abertura de descarga de una amasadora continua se cierra cubrindola con una boquilla de extrusin, las cuchillas inclinadas del rotar ejercen una presin considerable en el material. La mezcla es cortada y doblada mientras permanece en la cmara de mezclado y est sometida a una cizalla adicional a medida que fluye a travs de la boquilla. Otros mezcladores-extrusores funcionan de la misma manera. Contienen uno o dos ejes horizontales con movimiento rotatorio, pero no reciprocantes, que llevan un conjunto de hlices o cuchillas colocadas en un patrn helicoidal. La presin se aumenta reduciendo el paso de la hlice cerca de la descarga, disminuyendo el dimetro de la cmara de mezclado, o bien reduciendo ambos. Los mezcladores-extrusores operan de forma continua con materiales termoplsticos, pastas, arcillas y otros materiales difciles de mezclar. Algunos tambin estn provistos de un encamisado de calentamiento y de conexiones de descarga de vapor para permitir la eliminacin de agua o solvente procedentes del material que est siendo procesado.Mezcladores de rodillosOtra manera de someter las pastas y slidos deformables a un intenso esfuerzo cortante consiste en hacerlos pasar entre rodillos metlicos lisos que giran a diferentes velocidades. Mediante pases repetidos entre tales rodillos de mezclado, es posible dispersar correctamente los aditivos slidos en materiales pastosos plsticos duros. Los molinos continuos para el mezclado de pastas contienen de tres a cinco conjuntos de rodillos horizontales, situados unos encima de otros en un apilamiento vertical; las pastas pasan sucesivamente desde los rodillos ms lentos hacia los ms rpidos. Los productos gomosos y pastas pueden ser tratados en molinos de rodillos discontinuos con dos conjuntos de rodillos colocados en el mismo plano horizontal. Los slidos son recogidos por el rodillo ms rpido, cortados en un ngulo por el operador, y doblados hacia atrs dentro de la "mordida" entre los rodillos. Los aditivos se rocan sobre el material cuando est siendo tratado. Los molinos de rodillos discontinuos requieren tiempos prolongados de mezclado y una atencin cuidadosa por parte del operador, de forma que en buena medida han sido desplazados por los mezcladores internos y las amasadoras continuas.

Mezcladores de moletas

Un mezclador de maletas produce una accin de mezclado distintiva diferente de las de otros equipos. El moleteado es una accin de desgarramiento o frotamiento similar a la que tiene lugar en un mortero. En un proceso a gran escala esta accin la efectan los volantes anchos y pesados del mezclador que se aprecian en la figura 28.7. En este particular diseo de moleteadora, el contenedor es estacionario y el eje vertical central es mvil, de modo que los volantes de la moleteadora giran en una trayectoria circular sobre una capa de slidos situados en el fondo del contenedor. La accin de frotamiento resulta del deslizamiento de los volantes sobre los slidos. Unas rasquetas llevan los slidos debajo de los volantes de la moleteadora, o hasta una abertura situada en el fondo del contenedor, al final del ciclo para ser descargados. En otro tipo de diseo el eje de los volantes se mantiene estacionario mientras que el contenedor gira; en otro tipo, los volantes no estn centrados en el contenedor, pero estn compensadas, y tanto el contenedor como los volantes son mviles. Las rasquetas de mezclado pueden sustituirse por volantes de la maleta para obtener lo que se conoce como mezclador de cubeta. Las moleteadoras son buenos mezcladores para cargas de slidos duros y pastas; son especialmente efectivos para recubrir de manera uniforme las partculas de slidos granulares con una pequea cantidad de lquido. Tambin estn disponibles los mezcladores de maletas continuos con dos cubetas de mezclado conectados en serie.

Batidoras

En una batidora, el mezclado se realiza por medio de cuchillas o navajas colocadas en un patrn helicoidal sobre un eje horizontal que gira en un recipiente abierto o en un cilindro cerrado. Los slidos entran continuamente por un extremo de la cmara de mezclado y se descargan por el otro. Mientras se encuentran en la cmara, se cortan, mezclan y desplazan hacia adelante para ser tratados por cada una de las cuchillas sucesivas. Los molinos de un solo eje utilizan una cmara de mezclado cerrada; mientras que los molinos abiertos de doble eje se emplean cuando se requiere un mezclado ms rpido y minucioso. La cmara de la mayora de los molinos cerrados es cilndrica, pero en algunos casos es poligonal en la seccin transversal para prevenir que los slidos viscosos sean llevados alrededor del eje. Las batidoras mezclan y homogeneizan arcillas, rompen aglomerados de slidos plsticos y mezclan lquidos con slidos para formar suspensiones espesas. Algunas veces operan en vaco para eliminar aire de arcilla u otros materiales. Se construyen con encamisados para calentamiento o enfriamiento.

Eficiencia del mezclado

El funcionamiento de un mezclador para slidos cohesivos se caracteriza de acuerdo con el tiempo requerido, la carga de energa y las propiedades del producto. Estos criterios varan en gran medida de un problema a otro: en algunas ocasiones se requiere un muy alto grado de uniformidad, otras una rpida accin de mezclado o, incluso, un consumo mnimo de energa.Como se vio antes, el grado de mezclado se mide mediante el anlisis de muestras puntuales y comparando la desviacin estndar estimada s con la desviacin estndar para mezclado cero Yo. Los estudios han mostrado en primer lugar que el grado de mezclado aumenta muy rpido en amasadoras de dos brazos y mezcladoras de moleta, despus los niveles bajan a un valor caracterstico del material, slidos arenosos y granulares son bien mezclados y las pastas viscosas se mezclan de manera deficiente. En contraste, algunas amasadoras continuas mezclan materiales plsticos de forma ms efectiva que los slidos granulares de flujo libre.

Mezcla axial

En el mezclador de elemento helicoidal descrito en el captulo 9, pgina 286, los dos fluidos se mezclan correctamente en el sentido radial para una seccin transversal cualquiera, pero, en cambio, hay poca mezcla en una direccin axial o longitudinal. El comportamiento del fluido se aproxima al de flujo pistn, en el cual no hay ningn tipo de mezcla axial. En algunos mezcladores de pasta continuos tambin existe poca mezcla axial, que es una caracterstica deseable en ciertas operaciones de mezclado o en reacciones qumicas; en otro tipo de mezcladores la mezcla axial resulta significativa. En mezcladores de pasta el grado de mezcla axial se mide por la inyeccin de un trazador en la alimentacin, durante un corto periodo, seguido por un monitoreo de la concentracin del trazador en la corriente de salida. El trazador por lo general aparece a la salida un poco antes de lo esperado atendiendo al tiempo medio de residencia en el mezclador. Su concentracin a la salida aumenta hasta un valor mximo, para despus disminuir hasta cero a medida que transcurre el tiempo. La altura del mximo y el tiempo requerido para que todo (o casi todo) el trazador se descargue constituyen medidas del grado de mezcla axial.Los resultados de tales pruebas con trazador se expresan normalmente en trminos de la difusividad E. Una baja difusividad significa que hay poca mezcla axial, mientras que un valor elevado de difusividad corresponde a una gran mezcla axial. Obviamente es deseable un pequeo valor de E cuando resulta ms conveniente el flujo pistn, como es el caso de los reactores qumicos en los que debe evitarse la mezcla de la alimentacin y el producto. Un elevado valor de E es deseable cuando se requiere mezcla axial para mezclar porciones sucesivas de la alimentacin del mezclador, como por ejemplo, para amortiguar pequeas fluctuaciones de la composicin de la alimentacin o la relacin de los componentes de la alimentacin. Se dispone de ecuaciones" para predecir E a partir de los datos trazador-tiempo a la salida del mezclador. Para mezcladoras de palas con dos ejes, los valores tpicos de E estn comprendidos entre 0.02UL a 0.2UL, donde U es la velocidad longitudinal del material en el mezclador y L es la longitud del mezclador.La relacin ULlE se conoce como el nmero de Peclet, Pe. Por tanto para mezcladores de palas, el intervalo de Pe est comprendido entre 5 y 50. Para algunos diseos de agitadores Pe es alto y disminuye a medida que la velocidad del rotor aumenta; con otros diseos es pequeo y virtualmente independiente de la velocidad del rotor