Mezcladores Internos Kneader

 
Mezclador de tipo Kneader (traducción: Amasadora)

Este tipo de mezclador se puede considerar una variante de mezclador interno, una vez que el proceso de mezcla se lleva a efecto de manera igual en una cámara de mezcla cerrada. En esta cámara de mezcla se encuentran dos rotores, que giran en sentidos opuestos, así como se pasa en los mezcladores internos convencionales.

Los rotores pueden ser del tipo tangencial y tener velocidades distintas de rotación; el rotor frontal tiene mayor velocidad de rotación que el rotor trasero y la relación de velocidades va desde 1.2 a 1.4. Los rotores pueden tener 2 a 6 alas; su concepción, no simétrica, tiene por objetivo aumentar la eficacia de las acciones distributivas en el proceso de mezcla. La potencia de accionamiento sube con el número de alas que existan en los rotores.

Los perfeccionamientos introducidos en los últimos años llevaron a la utilización de rotores del tipo penetrante (Intermesh), rotores que giran, necesariamente, a la misma velocidad. Este tipo de rotores permite obtener, así como se pasa en el caso de mezcladores internos convencionales, una mayor eficiencia en el proceso de mezcla (mayor grado de dispersión, en un menor tiempo de mezcla).

Los mezcladores del tipo Kneader son poco conocidos en Portugal (y en otros países como, por ejemplo, México). Pero, todavía, en el año de 1976 tuve la oportunidad de ver un mezclador interno de este tipo en Empresa Industrial de Chapelaria (S.J. da Madeira, Portugal), a cuando de una visita, en la cual me acompaño su director técnico, de entonces, el Ing. Saraiva Caldeira. (ver Observaciones (1) y (2)).

 Actualmente este tipo de mezcladores ya es más común en Portugal. Están siendo comercializados en varios países, incluso en Portugal, por mi Amigo y Colega, Ing. Paulo Campos (2). Son mezcladores de la marca Datong (Figura 46).

Figura 46 – Mezclador interno de tipo Kneader (Datong)

Cortesía de HuleMaquinas (Portugal y México)

 

La cámara de mezcla tiene la particularidad de ser basculante, y gira, por lo general, entre 125 y 140°, para permitir una descarga sencilla. Esta posición de la cámara permite también una limpieza más fácil, lo que es particularmente importante en cunado hay cambios de color de los compuestos a mezclar. En la posición vertical, la parte superior de la cámara de mezcla es cerrada por una especia de tapa que se mueve neumática o hidráulicamente, y mantenida en su posición bajo una presión de 0.5 a 0.8 MPa. Algunos fabricantes utilizan presiones muy superiores, lo que obliga, necesariamente, a la utilización de una mayor potencia de accionamiento.

Los rotores del mezclador enseñado en la Figura 46 tienen cuatro alas, cuyo ancho representa 2/3 del ancho de la cámara; se muestran en la Figura 47.

 Figura 47 – Rotores con 4 palas (Kneader Datong)

Cortesía de HuleMaquinas  (Portugal y México)

 

La secuencia de la operación de la mezcla se enseña, de forma esquemática, en la Figura 48.

 

Figura 48 – Pasos de un ciclo de mezcla en un mezclador Kneader

 

La alimentación se hace, normalmente, en la retaguarda del mezclador (Figura 49); la puerta de carga es accionada neumáticamente. Por lo general tan solo en los mezcladores de laboratorio la adicción de ingredientes y la descarga se hacen en la parte frontal del mezclador.

 

Figura 49 – Puerta de carga localizada en la retaguarda del mezclador Datong

Cortesía de HuleMaquinas  (Portugal y México)

 

En los mezcladores de pequeña capacidad, el movimiento basculante se hace por un sistema hidráulico o neumático; en los mezcladores de más grande dimensión, el movimiento basculante se hace por un sistema accionado por motor eléctrico.

Comparativamente con los mezcladores internos convencionales, los mezcladores del tipo Kneader presentan algunas ventajas. Una de ellas respecta a su instalación. El Kneader se instala en un solo nivel – el nivel del piso. El mezclador interno convencional necesita de una instalación en 3 niveles: el nivel de adición de los ingredientes (nivel 2), el nivel del sistema motriz – conjunto motor/reductor (nivel 1) y el nivel del piso (nivel 0) en donde se descarga la carga mezclada. O sea, un tipo de ensamble mucho más costoso que exige una estructura de soporte con cimientos adecuados (Figura 50).

 

Figura 50 – Tipos de instalación requeridos por los mezcladores internos convencionales y por los Kneader

 

Una segunda ventaja respecta a los motores de accionamiento. Para los mezcladores con capacidad de mezcla idéntica, la potencia de los motores de accionamiento de los mezcladores internos convencionales puede ser de 2 hasta 6 veces la potencia de los motores de accionamiento de los Kneader.

Obviamente, esto depende también de la concepción y proyecto de cada fabricante y está íntimamente dependiente de varias características, como se enseña a continuación.

La potencia de accionamiento aumenta con:

  • El aumento del volumen de la cámara de mezcla;
  • El tipo de rotores (penetrantes > tangenciales);
  • El número de alas, sus dimensiones y geometría;
  • El número de rotaciones por minuto de los rotores;
  • La presión de cierre del pistón.

Todo esto termina por reflejarse, como tendría de serlo, en los consumos energéticos.

Veamos en la Tabla 9 las potencias de accionamiento para algunos mezcladores internos convencionales y mezcladores Kneader Datong, de igual capacidad útil.

Tabla 9 – Potencias de accionamiento
Capacidad útil de mezcla (litros) Potencia del motor de accionamiento (kW) Relación de potencias (MI/K)
Mezclador interno convencional Kneader Datong
20 110 30 3.67
35 110 55 2.00
75 520 110 4.73
110 520 185 2.81
150 560 220 2.55
200 1125 280 4.02
300 2250 400 5.63

 

La menor presión que existe dentro de la cámara de mezcla se va a traducir en una de las desventajas de los mezcladores del tipo Kneader y que respecta a los tiempos de duración de los ciclos de mezcla que es, necesariamente, más largo en este tipo de mezclador. Y va a ser tanto más tardado cuanto más es el nivel de incorporación, en lo particular de las cargas y plastificantes, al final cuanto mayor es el nivel de dilución del polímero.

La definición de un ciclo de mezcla depende de variados factores, a saber:

  • Del tipo de compuesto a producir, del caucho o cauchos de base, de su viscosidad y de los restantes tipos de ingredientes y de sus niveles de dosificación. Por encima de todo, de las cargas y plastificantes, ingredientes que, por las cantidades que se ocupan, influencian de manera más acentuada la dilución de la matriz de elastómeros.
  • Del volumen de la carga a mezclar (Vc). Este volumen es el resultado de la multiplicación del volumen útil de la cámara de mezcla (Vu) por el factor de llenado f (fill factor):

Vc = Vu . f

Pc = Vc . d

En la cual P es peso, V es volumen y d la densidad.

 

En la Tabla 10 se indican los factores de llenado f para algunos tipos de elastómeros y de compuestos.

Tabla 10 – factor de llenado f
Tipo de polímero o tipo de compuesto Factor f
Caucho CR 0.6
Compuesto de alta viscosidad 0.6
Plastificación de NR 0.7
Compuesto de NR, SBR, NBR, BR, IIR 0.7
Compuestos de EPDM 0.8
Compuestos de baja viscosidad 0.8

 

Algunos técnicos consideran tan solo valores de f comprendidos tan solo entre 0.6 y 0.7. Creo que valores de 0.8 son perfectamente aceptables, desde que el orden de adición de los ingredientes sea correctamente optimizado, de manera a no provocar picos de consumo de potencia.

  • Depende también de la presión de cierre del pistón (presión dentro de la cámara de mezcla). Mayores presiones exigen cargas un poco más pequeñas, de manera a no originaren tantas elevaciones de temperatura por la fricción.
  • Depende también de la velocidad de los rotores. Mayores velocidades exigen también cargas ligeramente más pequeñas, de manera a también no originaren tanta elevación de temperatura por la fricción.
  • Depende igualmente de la temperatura del mezclador y de la eficacia de su sistema de enfriamiento.
  • Depende del orden de la adicción de los diversos ingredientes.
  • Depende, aún, de la forma física de presentación de algunos ingredientes utilizados.

Los tiempos de ciclo de la mezcla varían, normalmente, entre 10 y 15 minutos lo que depende, naturalmente, del tipo de compuesto a mezclar y de las características del mezclador.

Estos hechos hacen que este tipo de mezclador sea mucho más adecuado para pequeñas y medianas capacidades de producción de compuestos de caucho.

En la Figura 51 se enseñan variadas concepciones de mezcladores del tipo Kneader, para distintas capacidades de mezcla. En la Tabla 11 se presentan sus principales características.

 Figura 51 – Distintas concepciones de mezcladores Datong, del tipo Kneader, para distintas capacidades de mezcla. Cortesía de HuleMaquinas  (Portugal y México)

 

En Figura 52 se puede ver una secuencia de instalación de un mezclador del tipo Kneader. Como ya se ha dicho, el mezclador se instala al nivel del piso.

Figura 52– Una de las posibles secuencias del proceso de mezcla con Kneader

 

El material mezclado es descargado, en este mismo nivel, para un cubo y transportado hacia un molino abierto por un sistema elevador; después de la homogeneización y/o finalización, el compuesto sigue para un sistema enfriador. Este es el tipo de secuencia más típico; pero, otros tipos de secuencia son igualmente posibles. En las Figuras 53 y 54 se enseñan secuencias que involucran solamente el mezclador Kneader, el sistema elevador y el molino abierto.

 

Figura 53 – Línea de mezcla, en Querétaro – México, con la secuencia Kneader > sistema elevador > molino abierto (I). Cortesía de HuleMaquinas  (Portugal y México)

 

Figura 54 – Línea de mezcla con la secuencia Kneader > sistema elevador > molino abierto (II).

Cortesía de HuleMaquinas  (Portugal y México)

 

Observaciones (1) y (2):
  • Observación del traductor: en México ya vi un Kneader antiguo en una empresa de suelas en Lagos de Moreno. Es un modelo, comprado usado, con carga y descarga por el mismo lado, lo que impacta negativamente la operación de este.
  • Observación del traductor: En México ya hay varias unidades vendidas por HuleMaquinas S.A. de C.V., trabajando en Querétaro, desde 2017.