Miscelatori orizzontali industriali: ritorno alle origini

19 gennaio 2016

Come in ogni settore affermato, spesso i fondamentali possono essere facilmente dati per scontati o completamente trascurati. Quando si tratta di mescolare e miscelare, questo può portare a saltare in avanti e concentrarsi solo su domande appariscenti come: quanto tempo dovrebbe occorrere per mescolare il mio prodotto? Quanto velocemente posso caricare e/o scaricare? oppure Qual è l'aspettativa di vita di questo tipo di apparecchiatura? Non che non siano domande importanti a cui rispondere, ma sappiamo tutti che, a meno che non si acquisiscano le nozioni di base, nessuna quantità di lucentezza può distrarsi dalla scarsa qualità. Sebbene i miscelatori siano disponibili in molte forme, dimensioni e livelli di igiene, questo articolo si concentrerà sulle configurazioni orizzontali generali ed esaminerà i seguenti tre elementi chiave: • Progettazione dell'agitatore • Alberi • Tecnologie di tenutaPaddle, Ribbon o Ibrido: è davvero importante? Scommetti. In effetti, questa è la decisione più importante che prenderai. Gli agitatori a paletta sono appositamente progettati per raccogliere, sollevare e agitare con un'azione di miscelazione delicata ma completa e sono ideali per miscelare solidi o liquidi di varie dimensioni, densità e viscosità delle particelle. Durante la miscelazione, il materiale viaggia secondo uno schema tridimensionale a forma di 8. Il materiale viene costantemente tirato dalle estremità del mixer al centro della figura 8 dove avviene la miscelazione più aggressiva. Un altro vantaggio dei miscelatori a pale è che sono in grado di lavorare in modo efficace anche se riempiti fino al 20% della capacità nominale, consentendo così flessibilità nelle dimensioni dei lotti. Gli agitatori a paletta consentono inoltre un accesso più semplice per la pulizia tra un lotto e l'altro. I miscelatori a doppio nastro sono in grado di eseguire una varietà di operazioni di miscelazione. Questi agitatori sono eccellenti per materiali a flusso libero di dimensioni, forma e densità simili. Negli impasti con piccoli agglomerati può essere vantaggiosa anche la maggiore azione di taglio di un mescolatore a nastro. I miscelatori a nastro sono progettati per una miscelazione completa end-to-end con spirali interne che spingono il prodotto lontano dallo scarico, mentre le alette esterne tirano indietro il materiale verso l'apertura di scarico. Ciascuna spirale dell'elica è posizionata sfasata di 180 gradi. In questo caso, l'azione di miscelazione avviene strofinando il materiale avanti e indietro su se stesso. L'ulteriore spirale di un doppio nastro fornisce il doppio dell'azione di miscelazione di un miscelatore a nastro singolo. Un nastro continuo è preferito rispetto ad un nastro segmentato poiché i tratti interni ed esterni formano un'elica continua dalla piastra terminale allo scarico. I nastri segmentati si estendono solo da un raggio all'altro causando spazi vuoti nelle traverse che interrompono il flusso del prodotto e creano sacche di materiale stagnante. Gli agitatori ibridi combinano l'azione di rotazione delle pale con il modello di rotolamento dei nastri per creare un doppio effetto di inversione. Questi agitatori sono particolarmente efficaci con materiali che tendono ad accumularsi al centro del mixer, creando così un livello di prodotto più uniforme in tutto il mixer. Questo tipo di agitatore può essere configurato con palette o nastro all'interno o all'esterno a seconda dell'applicazione. Sebbene i tempi di miscelazione accurati siano realmente specifici dell'applicazione, indipendentemente dalla selezione dell'agitatore, la regola generale è un tempo di miscelazione medio compreso tra 3 e 7 minuti (dopo l'aggiunta dell'ultimo ingrediente), a seconda del volume da miscelare. La scelta della corretta configurazione dell'agitatore per la vostra applicazione è fondamentale per ottimizzare la miscela, ridurre al minimo il tempo di miscelazione e garantire un'evacuazione efficace allo scarico.Non tutti gli alberi sono uguali Uno dei fattori più importanti nel determinare la longevità di un miscelatore orizzontale ricade sull'elemento fondante dell'agitatore, comunemente noto come albero. Ecco i sette fattori più importanti da considerare quando si analizzano le opzioni: 1. Diametro dell'albero: l'albero dell'agitatore trasferisce la forza di rotazione prodotta dal gruppo di azionamento alle pale o ai nastri. Supponendo materiali simili e requisiti di coppia, gli alberi di diametro più piccolo hanno concentrazioni di sollecitazione più elevate rispetto agli alberi di diametro maggiore (sollecitazione = Forza/area della sezione trasversale del materiale dove Forza = Coppia/Raggio dell'albero). L'albero principale deve essere progettato per mantenere i livelli di sollecitazione al di sotto del limite di fatica del materiale dell'albero. Gli alberi di diametro più piccolo hanno maggiori probabilità di rompersi a causa della fatica rispetto agli alberi di diametro maggiore.2. Deflessione statica: la deflessione statica dell'albero si verifica a causa del peso dell'albero, dei bracci, delle lame, dei nastri e dell'hardware associato al mixer. L'albero agisce come una trave caricata continuamente, semplicemente supportata. La deflessione massima si verifica a circa metà strada tra i supporti dei cuscinetti. Deflessione dell'albero = (W»L3)/(E»I»76,8) dove E è il momento di inerzia dell'albero dell'agitatore. Per diminuire la deflessione è necessario aumentare il momento di inerzia della sezione trasversale dell'albero. Il momento di inerzia di un albero solido 4I5/V è più di 2 volte quello di un tubo da 4 piedi e 2 pollici con diametro interno e 5 pollici con diametro esterno e schedula 80. Una flessione eccessiva dell'albero favorirà l'affaticamento del metallo e accelererà l'usura delle guarnizioni.3. Deflessione dinamica: la deflessione dinamica dell'albero si verifica quando il mixer è in funzione. In generale, la forza esercitata dal lato rivolto verso il basso dell'agitatore è maggiore di quella esercitata dal lato rivolto verso l'alto. A differenza della deflessione statica che piega l'albero verso il basso, la deflessione dinamica forza l'asse dell'albero verso l'alto verso il lato ascendente del mixer. L'angolo esatto di deflessione dipende da variabili quali il design della paletta o del nastro, le caratteristiche del flusso del materiale e il caricamento del prodotto. Una flessione eccessiva dell'albero, dovuta al carico dinamico, aumenterà lo spazio libero tra l'agitatore e la vasca sul lato rivolto verso il basso del miscelatore. I modelli con albero pieno avranno una deflessione inferiore rispetto agli alberi cavi di diametro simile, favorendo una migliore azione di miscelazione.4. Albero solido monopezzo: come descritto sopra, l'albero agitatore di un miscelatore è soggetto a numerose sollecitazioni di rotazione e flessione. Oggi nel settore troverete miscelatori che promuovono gruppi troncoconici o ad albero cavo con l'idea che sia facile rimuovere l'agitatore quando necessario. Questa caratteristica è puramente una riduzione dei costi di produzione in quanto consente di assemblare l'agitatore completamente all'esterno del miscelatore. I gruppi dell'albero troncoconico si basano su elementi di fissaggio filettati, che sono molto più piccoli nella sezione trasversale rispetto all'albero principale, per trasferire l'energia creata dal gruppo di azionamento del mixer. Per ridurre lo stress e minimizzare la deflessione dell'agitatore, è necessario utilizzare un materiale dell'albero dell'agitatore monopezzo, con nucleo solido. Se la rimozione dell'agitatore rappresenta un problema, i miscelatori devono essere costruiti con piastre terminali imbullonate e con guarnizione.5. Riduzione dello stress: i miscelatori industriali sono un investimento di capitale destinato a decenni di servizio produttivo. Anche se i miscelatori orizzontali funzionano a velocità relativamente basse, comprese tra 25 e 45 giri al minuto, nel corso degli anni possono diventare soggetti a fatica del metallo. Ad esempio, un mixer in funzione per due turni al giorno per 20 anni ruoterà circa 175 milioni di volte. Per evitare l'affaticamento del metallo o la potenziale rottura dell'albero principale, la pratica di utilizzare riser di sollecitazione dovrebbe essere ridotta al minimo. Per gli agitatori a bracci imbullonati, le sedi per chiavetta devono avere angoli raggiati. Con i gruppi agitatore saldati, è necessario evitare di forare e fissare i bracci all'albero principale prima della saldatura poiché ciò indebolisce l'albero e crea punti di rifugio per il materiale.6. Rettilineità dell'albero: i gruppi agitatore saldati vengono utilizzati in applicazioni in cui l'igiene e la pulizia del miscelatore sono un problema. Tutte le superfici di accoppiamento sono dotate di raccordi saldati, rettificati e lucidati fino alla finitura specificata. Durante la fabbricazione, il calore creato dalla saldatura e dalla molatura di queste superfici deformerà l'albero dell'agitatore. Molte volte la deformazione non è visibile ad occhio nudo. Come fase finale del processo di fabbricazione, l'albero dovrebbe essere raddrizzato. Una deformazione eccessiva, un'eccentricità > 0,005 pollici, accelererà l'usura delle guarnizioni e dei cuscinetti, creando costi di manutenzione a lungo termine più elevati.7. Distanza tra le pale o il nastro: studi indipendenti hanno dimostrato che la distanza tra le pale o i nastri dell'agitatore e la vasca può avere un impatto significativo sulle prestazioni di miscelazione. Spazi ampi o irregolari producono coefficienti di variazione più elevati e tempi di miscelazione più lunghi. Per la maggior parte delle applicazioni, la distanza tra l'agitatore e la vasca del miscelatore deve essere pari o inferiore a 0,25 pollici per i nastri e 0,05 pollici per le pale. (Nota: alcune applicazioni richiedono spazi più ampi per evitare il degrado del prodotto miscelato). Per verificare le distanze precise dell'agitatore, è necessario condurre test di controllo qualità documentati per misurare il materiale residuo durante la pulizia. Prendere scorciatoie per uno qualsiasi di questi sette principi avrà un effetto negativo sulle prestazioni del mixer, sui futuri requisiti di manutenzione e, in definitiva, sulla vita utile del mixer.