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Líquidos: un estado incierto

¿Qué es un líquido?  Lo que parece totalmente claro (o incluso a veces opaco) en la vida cotidiana, es un problema de definición en la física. Líquido es el estado de la naturaleza entre sólido y gaseoso. La viscosidad de un líquido varía dependiendo de la presión y la temperatura. Ambos parámetros también determinan la fase de transformación a sólido y a líquido. La sensibilidad de productos líquidos hace que su manejo sea especialmente precario. Brabender Technologie se especializa en la dosificación de sustancias sensibles y crea soluciones personalizadas.

Dosificador de líquidos. Brabender Technologie.

La temperatura no solamente determina la condición física de una sustancia, sino también su viscosidad. A 20 grados Celsius, el agua tiene una viscosidad de 1 milipascal-segundo (mPa·s). El jugo de uva tiene viscosidad entre dos a cinco, el aceite de oliva de 100, la miel de 10,000 y el alquitrán de 100,000. Estas cifras cambian en condiciones diferentes de presión. “Por esta razón, no tenemos una amplia gama de dosificadores estándar para líquidos, sino un diseño básico de dosificador, el cuál podemos personalizar para que coincida con cada orden. Cada uno de nuestros sistemas para líquidos es único”, explica Thomas Neuhaus. Él y su colega Adrian Baron han estado diseñando conceptualmente sistemas de dosificación de líquidos para Brabender Technologie por más de diez años.

“La unidad de dosificación, el sistema de pesaje y la bomba, usualmente de diafragma o de engranajes, constituyen el corazón y los pulmones de un sistema de dosificación.  Eso también depende de la viscosidad de la sustancia”, Adrian Baron usa una analogía de anatomía para ilustrar su punto. La tecnología de medición y control conforman las vías neuronales. “El equipo periférico que rodea estos elementos centrales depende entonces de la sustancia, la cantidad y las preferencias del comprador”, agrega Thomas Neauhaus.  La configuración básica incluye la válvula de llenado, la cual evita los goteos. Los compensadores flexibles están ubicados delante y detrás de la unidad de pesaje con receptáculo y celda de carga gravimétrica. La bomba está unida al compensador inferior.

El sistema Coriolis representa un caso especial de dosificación, el cual Brabender Technologie únicamente incorpora contra pedido. Esto implica un medidor de flujo que funciona con un nivel muy alto de precisión y puede integrarse directamente en los flujos de líquidos y tuberías. Este es usado principalmente cuando se trata de cantidades muy grandes de más de 1,000 litros/hora y donde tiene sentido el utilizar el sistema Coriolis, que es considerablemente más costoso que básculas de pesaje. En términos de diseño del sistema, esta versión presenta diferencias sustanciales en comparación con otras soluciones, ya que no incluye un sistema de pesaje independiente. El medidor se coloca directamente detrás de la bomba y determina la velocidad de su motor.

Una interrogante: la bomba adecuada.

Las bombas de pistón diafragma, que funcionan de manera similar a los músculos del corazón, se usan normalmente para sustancias de baja viscosidad. Un pistón genera un vacío, que eleva un diafragma, permitiendo el líquido fluya a través de una válvula de entrada. El movimiento a contracorriente produce una contracción y el líquido sale a través de la válvula de salida. En comparación con las bombas de pistón simple, el beneficio que proveen las bombas de pistón diafragma es que el líquido a ser transportado no entra en contacto en ninguna de las etapas con el mecanismo de accionamiento y, por lo consiguiente, con lubricantes o residuos. Esto es extremadamente importante cuando se manejan alimentos y para procesos higiénicos, así como para una amplia gama de aplicaciones químicas.

Una desventaja de las bombas de pistón diafragma es su amplitud. El cambio entre la entrada y salida como resultado del recorrido de la carrera del pistón provoca un flujo pulsante de líquido. “Utilizamos amortiguadores de pulsaciones en procesos que son sensibles a dichos flujos”, explica el especialista en líquidos Neuhaus. “Esto implica un reservorio con un diafragma que separa un volumen de gas del líquido bombeado. Una parte de los líquidos se presiona durante la carrera de la bomba en el amortiguador de pulsaciones y se descarga nuevamente durante la fase de succión”. Por lo tanto, el amortiguador de pulsaciones siempre funciona en modo de empujar-tirar con respecto a la bomba. “Si el proceso tiene que ser constante o permanente, utilizamos múltiples cabezales de bomba o, si es posible, cambiamos el tipo de bomba”.

Aquí es cuando se utilizan las bombas de engranajes. Son un tipo de bomba de operación continua sin pulsaciones y se utilizan en procesos que involucran viscosidad media a alta.  Estas también pueden hacer frente a aplicaciones de altas presiones y altas temperaturas, son precisas cuando se trata de aplicaciones de bajos caudales y compactas para aquellas de altos flujos.  Brabender Technologie trabaja muy de la mano con los fabricantes de las bombas para proporcionar la bomba óptima para cada aplicación. Los tipos de bombas como las bombas de cavidad progresiva, las bombas de émbolo, o las bombas peristálticas son cada vez menos utilizadas.

Caliente o frío – líquido o sólido

La temperatura es un factor clave en el procesamiento y manejo de líquidos; después de todo, ésta determina las condiciones físicas y la viscosidad.  Muchos aceites, por ejemplo, se vuelven significativamente más líquidos a medida que se calientan.  Por otro lado, a ciertas temperaturas, sustancias químicas pueden tender a degenerarse o inclusive explotar. “Porque es muy vital el tenerse la temperatura correcta, ofrecemos dos opciones para calentar nuestro sistema”, lo indica Adrian Baron. “Podemos entregar la estructura completa en configuración de doble pared, lo que significa que el sistema puede ser calentado utilizando agua o aceite térmico. Esta versión es una buena opción si, por ejemplo, el calor residual es generado por alguna otra aplicación o si se procesan y manipulan sustancias explosivas”. La opción alterna es por medio de la calefacción eléctrica proporcionada por mangas calentadoras. “El beneficio de este método es que cada componente tiene su propio calentamiento y, por lo tanto, cuenta con su propio circuito de control. Esto permite, por ejemplo, que las tuberías que salen de la bomba se calientas en mayor medida que la unidad dosificadora”. Eso puede agregar hasta de 10 a 15 bucles de control. El sistema de calefacción que finalmente sea utilizado depende de una serie de factores, como lo son los equipos periféricos existentes o la fuente de poder del usuario.

Cada orden se inicia con hoja de datos, la cual especifica las propiedades del líquido y los requisitos de configuración de la producción. Determina la estructura o el diseño de la planta y de los materiales que pueden utilizarse. El acero inoxidable y el PTFE (Teflon®) son muy duraderos, pero los sellos individuales y otros componentes sintéticos tienen que ser seleccionados para que coincidan con el producto que será manipulado.  “Algunas veces, clientes no quiere que el PTFE sea utilizado, así que tenemos que ser muy creativos. Estos requerimientos especiales, por supuesto, tienen un impacto en los tiempos de entrega”, remarca Thomas Neuhaus. Como regla general, el tiempo de entrega para una unidad de dosificación de líquido, desde el momento de la orden hasta su prueba de puesta en marcha está entre 16 y 20 semanas. Brabender Technologie manufactura por arriba de 100 de estas unidades al año, y casi todas ellas son únicas.

Variaciones en los dosificadores incluyen, por ejemplo, dosificadores móviles para laboratorios – esto es un detalle especial para proteger celdas de carga sensibles, para proteger las placas de puesta a tierra de las interferencias causadas por las vibraciones ambientales. Existen versiones de llenado manual para aplicaciones con rendimiento de micro a pequeñas cantidades que comienzan alrededor de los 50 gramos/hora. Las soluciones con conexiones de abrazadera para un desmontaje más rápido de los componentes de la tubería hacen que la limpieza sea más conveniente. “Hacemos recipientes con volúmenes entre 50 y 800 decímetros, por ejemplo, si los líquidos son entregados en barriles y los procesos de dosificación son mejores si no son interrumpidos por tener que cambiar los barriles” agrega Thomas Neuhaus. Adicionalmente, Brabender Technologie también manufactura versiones que cumplen con requerimientos ATEX para su uso en conjunto con sustancias inflamables o en ambientes propensos a explosiones.

Lo estándar sigue siendo la excepción

La nueva versión estándar tipo S es la excepción. “Esto significa que ofrecemos un dosificador de líquidos sencillo, compacto y económico que, aunque no puede hacer todo, es adecuado para una gama amplia de aplicaciones”, es como Horst Vohwinkel, Gerente General de Brabender Technologie, explica la estrategia de modelo de la compañía.  “Esta unidad estándar presenta un diseño más compacto con menos componentes. Por ejemplo, la bomba está ubicada encima del recipiente y succiona el líquido, lo que significa un detalle de entrada más simple. Además, este diseño ahorra una enorme cantidad de espacio”. Dado que el cambio de un líquido a otro es mucho más complejo con esta configuración, este dispositivo está particularmente diseñado para instalaciones con producciones de largas corridas que no requieren ninguna flexibilidad y muchas extras. “Deliberadamente ofrecemos algunas opciones. Tenemos un sistema comprobado para soluciones personalizadas, por lo que el dispositivo es solo adecuado para aplicaciones simples y estándar”.

Fuente: Revista FLUX, propiedad de Brabender TEchnologie GmbH & Co. KG, Edición Junio 2016.

Traducción hecha por MBA Luis G. Rodríguez M., REPRESENTACINES ROMA, S. A., bajo autorización de Brabender Technologie GmbH & Co. KG

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