Mecanismos de Mezclado

Los mecanismos de mezclado describen cómo se desplazan las partículas de los componentes desde su estado inicial separado hasta alcanzar la máxima interposición en la mezcla final. El proceso puede realizarse por convección, difusión, cizalla o una combinación de estos, según el tipo de mezclador utilizado.

1. Difusión

   Las partículas se desplazan de manera individual hacia las regiones ocupadas por partículas de otros componentes. El desplazamiento mediante este mecanismo se produce como consecuencia de la diferencia de concentraciones de los distintos componentes en el equipo de mezclado. La evolución de una operación de mezclado que se fundamente únicamente en este mecanismo es notablemente más lenta; sin embargo, se obtiene una mejor interposición de las partículas individuales de los distintos componentes.

2. Convección

   Las partículas se desplazan en forma de grupos hacia las regiones ocupadas por partículas de otros componentes. Este desplazamiento se produce, principalmente, como consecuencia de la aplicación de fuerzas externas al sistema mediante medios mecánicos, que generan movimientos de los grupos de partículas en el interior del equipo (por ejemplo, en forma de turbulencia). También puede deberse a la existencia de gradientes de temperatura en distintas zonas del volumen de mezcla.

3. Cizalla o Mecanismo de Cizallamiento

   Considerado una variante del mecanismo por convección. En el mezclado por cizallamiento también se desplazan grupos de partículas, como en el convectivo, pero con la peculiaridad de que lo hacen siguiendo planos de deslizamiento localizados debido a la aplicación de fuerzas externas según un patrón opuesto.

El mecanismo por cizallamiento, aplicado sobre distintos planos de deslizamiento localizados, genera un efecto similar en la distribución de las partículas al que provocaría una combinación de los mecanismos por convección y difusión.

En la mayoría de los mezcladores, el mezclado ocurre por la combinación de los tres mecanismos anteriores. Por ejemplo, cuando echamos leche en un café, ¿qué mecanismos intervienen? Inicialmente, antes de introducir la cucharilla, se da difusión molecular. Una vez introducida la cucharilla y al agitar el café, se produce convección. Sin embargo, si agitamos levemente de forma que se forman vetas de leche y dejamos de agitar, se producirá una difusión de remolinos.

Generalmente, se puede decir que:

• En mezcladores móviles priman los mecanismos de cizalla y difusión.
• En mezcladores fijos, el mezclado ocurre principalmente por el mecanismo de convección.

En muchos productos alimenticios o farmacéuticos, existe un componente que, aunque se incorpora en menor proporción, tiene una importancia crucial. Por tanto, es aún más necesario que se presente de forma uniforme en cada muestra del producto final.

Factores que Influyen en el Mezclado de Sólidos

Diversos factores del material influyen significativamente en el proceso de mezclado de sólidos. Los más importantes son:

• Forma y rugosidad de la partícula: Afectan la capacidad de transmitir energía cinética. Las partículas esféricas fluyen mejor, mientras que las rugosas o en forma de aguja dificultan el flujo.

• Tamaño de partícula: A menor tamaño, aumentan las fuerzas de cohesión. Se recomienda moler y tamizar las partículas para igualar su tamaño, aunque esto no garantiza un mejor flujo si la forma es diferente.

• Proporción de cada componente: Mezclas con proporciones muy distintas dificultan la homogeneidad. Se sugiere mezclar el componente minoritario con pequeñas cantidades del mayoritario de forma gradual o disolverlo en un solvente volátil antes de mezclar.

• Densidad: Las diferencias de densidad pueden provocar la segregación de partículas, haciendo que las más densas caigan al fondo. Este efecto suele ser menor que el causado por diferencias en el tamaño de partícula.

• Fuerza electrostática: Materiales con igual carga eléctrica se repelen, provocando segregación. Se puede reducir este efecto con agentes tensoactivos o realizando el mezclado con alta humedad.

• Higroscopicidad: La capacidad de una sustancia para atraer y retener moléculas de agua del ambiente dificulta el mezclado.

• Adhesividad: Algunos ingredientes tienden a adherirse a las paredes del mezclador, impidiendo su correcta dispersión en la mezcla.

Índice de Mezclado

Un índice de mezclado es un parámetro calculado a partir de datos experimentales que permite valorar cuantitativamente el grado de mezcla, sirviendo para cuantificar la homogeneidad alcanzada.

En el patrón ideal de una distribución totalmente aleatoria, al tomar una muestra, la probabilidad de encontrar partículas de un componente específico debe ser igual a la proporción de dicho componente en la mezcla total. Esta situación correspondería a un grado de mezcla perfecto y, por tanto, a un índice de mezclado igual a 1. Sin embargo, en las mezclas reales no se produce una distribución aleatoria perfecta, existiendo desviaciones respecto a la ideal.

Rendimiento del Proceso de Mezclado

El concepto de rendimiento para un proceso de mezclado se puede expresar como la cantidad de producto obtenido por unidad de tiempo, normalmente en horas (Kg/h).

Rendimiento del proceso de mezclado = Kg/h

Se entiende que la cantidad de producto, expresada en kilogramos, es aquella que cumple con las especificaciones de formulación para cada uno de los componentes.

La optimización del rendimiento consiste en aumentar la cantidad de producto acabado en un mismo periodo. Así, las variables que influyen en el rendimiento son, por una parte, el tiempo que debe operar el equipo para alcanzar el índice de mezclado deseado y, por otra parte, la potencia requerida para completar el proceso, la cual está relacionada con el consumo de energía necesario para accionar los elementos mecánicos (agitadores, tambores, cintas).