Misturadores Internos Kneader

Misturadores do tipo Kneader (tradução: Amassador)

Este tipo de misturador pode considerar-se uma variante de misturador interno, uma vez que o processo de mistura ocorre igualmente numa câmara de mistura fechada. Nesta câmara de mistura encontram-se dois rotores, que rodam em sentidos opostos, tal como ocorre nos misturadores internos convencionais.

Os rotores podem ser do tipo tangencial e possuem diferentes velocidades de rotação; o rotor frontal possui uma maior velocidade de rotação que o rotor traseiro e a relação de velocidades varia entre 1,2 e 1,4. Os rotores podem possuir 2 a 6 pás; a sua concepção, não simétrica, visa aumentar a eficácia das acções distributivas no processo de mistura. A potência de accionamento aumenta com o número de pás que existem nos rotores.

Os aperfeiçoamentos introduzidos nos últimos anos conduziram à utilização de rotores do tipo penetrante (Intermesh), rotores que rodam, necessariamente, à mesma velocidade. Este tipo de rotores permite obter, tal como aconteceu no caso dos misturadores internos convencionais, uma maior eficiência no processo de mistura (maior grau de dispersão, num menor tempo de mistura).

Os misturadores do tipo Kneader são pouco conhecidos em Portugal. Todavia, no ano de 1976 tive a oportunidade de ver um misturador deste tipo na Empresa Industrial de Chapelaria (S. J. da Madeira), quando de uma visita, em que fui acompanhado pelo seu Director Técnico, o Eng.º Saraiva Caldeira.

Actualmente este tipo de misturadores já são mais comuns em Portugal. Estão a ser comercializados em vários países, incluindo Portugal, pelo meu Amigo e Colega, Eng.º Paulo Campos. São misturadores com a marca Datong (Figura 1).

Figura 1 – Misturador interno do tipo Kneader (Datong)

Cortesia de Hulemaquinas (Portugal e México)

 

A câmara de mistura tem a particularidade de ser basculante, podendo rodar, geralmente, entre 125 e 140º, para permitir uma fácil descarga. Esta posição da câmara permite também uma limpeza mais fácil, o que é particularmente importante na fase de mudança de cor dos compostos a misturar. Na posição vertical, a parte superior da câmara de mistura é fechada por uma espécie de tampa que é accionada, pneumática ou hidraulicamente, e mantida na sua posição sob uma pressão de 0,5 a 0,8 MPa. Alguns fabricantes utilizam pressões bem superiores, o que obrigará, necessariamente, à utilização de uma maior potência de accionamento.

Os rotores do misturador mostrado na Figura 1 possuem quatro pás, cuja largura representa 2/3 da largura da câmara; são mostrados na Figura 2.

Figura 2 – Rotores com 4 pás (Kneader Datong). Cortesia de Hulemaquinas (Portugal e México)

 

A sequência da operação de mistura é mostrada, de forma esquemática, na Figura 3.

Figura 3 – Fases de um ciclo de mistura num misturador kneader

 

A alimentação é efectuada, normalmente, na rectaguarda do misturador (Figura 4); a porta  de carga é accionada pneumaticamente. Apenas nos misturadores de laboratório a adição de ingredientes e a descarga é efectuada na parte frontal do misturador.

Figura 4 – Porta de carga localizada na rectaguarda do misturador Datong

Cortesia de Hulemaquinas (Portugal e México)

 

Nos misturadores de pequena capacidade, o movimento basculante é efectuado por um por um sistema hidráulico ou pneumático; nos misturadores de maior dimensão, o movimento basculante é efectuado por um sistema accionado por um motor eléctrico.

Comparativamente com os misturadores internos convencionais, os misturadores do tipo kneader apresentam algumas vantagens. Uma delas diz respeito à sua instalação. O kneader é instalado num só nível – o nível do solo. O misturador interno convencional necessita de uma instalação em três níveis: o nível de adição dos ingredientes (nível 2), o nível do sistema motriz – conjunto motor/reductor – nível 1) e o nível do solo, (nível0) onde é descarregada a carga misturada. Portanto, um tipo de montagem muito mais dispendioso, que exige uma estrutura de suporte com fundações adequadas (Figura 5).

Figura 5 – Tipos de instalação requeridos pelos misturadores internos convencionais e pelos kneaders

 

Uma segunda vantagem diz respeito à potência dos motores de accionamento. Para misturadores com idêntica capacidade de mistura, a potência dos motores de accionamento dos misturadores internos convencionais pode ser 2 a cerca de 6 vezes a potência dos motores de accionamento dos kneaders. Obviamente, isto depende também da concepção de projecto de cada fabricante e está intimamente ligada com várias características, como se mostra de seguida.

A potência de accionamento aumenta com:

1. O aumento do volume da câmara de mistura;

2. .O tipo de rotores (penetrantes >> tangenciais);

3 O número de pás, suas dimensões e geometria;

4. O número de rotações dos rotores;

5. A pressão de fecho da tampa.

 

Tudo isto acaba por se reflectir, como não podia deixar de ser, nos consumos energéticos.

Vejamos no Quadro 1 as potências de accionamento para alguns misturadores internos convencionais e misturadores kneader Datong, de igual capacidade útil.

 

A menor pressão que existe dentro da câmara de mistura vai traduzir-se numa das desvantagens dos misturadores do tipo Kneader e que diz respeito aos tempos de duração dos ciclos de mistura, que é necessariamente mais longo neste tipo de misturador. E será um tanto mais longo quanto maior for o nível de incorporação, nomeadamente de cargas e de plastificante, afinal quanto maior for o nível de diluição do polímero.

A definição de um ciclo de mistura depende de vários factores, nomeadamente:

1. Do tipo de composto a produzir, da borracha ou borracha bases, da sua viscosidade e dos restantes tipos de ingredientes e seus níveis de dosagem. Sobretudo das cargas e plastificantes, ingredientes que, pelas quantidades utilizadas, mais acentuadamente influenciam a diluição da matriz elastomérica.

2. Do volume da carga a misturar (V_c). Este volume é o resultado da multiplicação do volume útil da câmara de mistura (V_u) pelo factor de enchimento f (fill factor):

V_c = V_u . f

         e:

P_c = V_u . d

         Sendo P_c o peso da carga e d a densidade.

 

No Quadro 2 indicam-se os factores de enchimento f para alguns tipos de elastómeros e de compostos.

 

Alguns técnicos consideram valores de f compreendidos apenas entre 0,6 e 0,7. Creio que valores de f=0,8 podem er perfeitamente aceitáveis, desde que a ordem de adição dos ingredientes seja devidamente optimizada, de modo a não originar picos de consumo de potência:

P_c = V_c . d

3. Depende também da pressão de fecho da tampa (pressão dentro da câmara de mistura). Maiores pressões exigem cargas ligeiramente mais pequenas, de modo a não originarem elevações de temperatura por fricção.

4. Depende também da velocidade dos rotores. Maiores velocidades exigem também cargas ligeiramente mais pequenas, de modo a também não originarem elevações de temperatura por fricção.

5. Depende igualmente da temperatura do misturador e da eficácia do seu sistema de arrefecimento.

6. Depende da ordem da adição dos diversos ingredientes.

7. Depende ainda da forma física de apresentação de alguns ingredientes utilizados.

 

Os tempos de ciclo de mistura variam, normalmente, entre 10 e 15 minutos o que depende, naturalmente, do tipo de composto a misturar e das características do misturador.

Estes factos tornam este tipo de misturadores muito mais adequados para pequenas a médias capacidades de produção de compostos de borracha.

Na Figura 6 mostram-se várias concepções de misturadores do tipo Kneader, para diferentes capacidades de mistura. No Quadro 3 são apresentadas as suas principais características.

Figura 6 – Diferentes concepções de misturadores Datong, do tipo Kneader, para diferentes capacidades de mistura. Cortesia de Hulemaquinas (Portugal e México)

 

(clicar aqui para ampliar o Quadro 3)

 

Na Figura 7 é mostrada uma sequência de instalação de um misturador do tipo Kneader. Como já se referiu, o misturador é montado ao nível do solo.

Figura 7 – Uma das possíveis sequências do processo de mistura em kneader

 

O material misturado é descarregado, neste mesmo nível, para um cesto e transportado para um misturador aberto por um sistema elevador; após homogeneização e/ou finalização, o composto segue para um sistema arrefecedor. Esta será um tipo de sequência mais típico; no entanto, outros tipos de sequência são igualmente possíveis. Nas Figuras 8 e 9 são mostradas sequências que envolvem apenas o misturador kneader, o sistema elevador e o misturador aberto.

Figura 8 – Linha de mistura com a sequência kneader > sistema elevador > misturador aberto (I). Cortesia de Hulemaquinas (Portugal e México)

 

Figura 9 – Linha de mistura com a sequência kneader > sistema elevador > misturador aberto (II). Cortesia de Hulemaquinas (Portugal e México)