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Medición del tamaño de partículas en línea

Publicado el: 17/2/2021
Autor/es: Thomas Oberholzer, ingeniero jefe de procesos; Susanne Steghöfer, nutricionista animal Publicado por: Diego Cazares / Tecnólogo Jr. AN-Animal Nutrition – Bühler México

Control del tamaño de partícula

El tamaño de las partículas en el alimento balanceado tiene una influencia significativa en los animales tales como rendimiento y salud, por ejemplo; en los cerdos, el equilibrio adecuado debe estar entre partículas finas para un rendimiento máximo y partículas gruesas para mantener la salud animal. Mientras que en la nutrición de pollos de engorda, el tamaño de partícula grueso adaptado a la edad de las aves es fundamental para el desarrollo del tracto digestivo.

Siendo el proceso de molienda el paso clave para determinar el tamaño de las partículas del alimento, existen numerosos factores que pueden causar desviaciones en el mismo. La detección inmediata de las desviaciones es esencial para garantizar una alta calidad del alimento, pero son difíciles de realizar utilizando métodos tradicionales para análisis de tamaño de partículas. Las nuevas técnicas con sensores pueden ayudar a los fabricantes de alimentos balanceados, para analizar la distribución del tamaño de partícula lo suficientemente rápido como para permitir una acción inmediata cuando se produzcan desviaciones en el proceso.

Los desafíos de la determinación tradicional del tamaño de partículas

Tradicionalmente, la distribución del tamaño de partículas se determina fuera de línea en el laboratorio mediante análisis de tamices, una muestra se toma después de mezclar y se tamiza con una torre de tamices en un agitador. La distribución del tamaño de partícula puede ser determinada pesando las diferentes fracciones. El tamizado como procedimiento manual requiere mucho tiempo y por lo tanto, a menudo solo se realiza de forma esporádica. Además, los resultados se obtienen con un desfase de tiempo en comparación con el proceso de producción, por lo que ya no es posible realizar cambios en el proceso. Aunque; el muestreo, el análisis y el registro de datos se describen con precisión en las directrices, se realizan manualmente, por lo que constituyen fuentes comunes de error.

Métodos de laboratorio alternativos: El uso de sistemas de medición automatizados con difracción láser o análisis dinámico de imágenes reduce la probabilidad de error en el análisis en sí; sin embargo, el muestreo y la preparación de la muestra todavía pueden dar lugar a las desviaciones.

Ventajas y requisitos de los sistemas de medición en línea

Los sistemas en línea pueden ayudar a superar las desventajas descritas en los párrafos anteriores, permitiendo mediciones continuas que incluyen un proceso de muestreo automatizado y preparación de muestras. Resultados casi a tiempo y registro de datos automático, por lo tanto son superiores a los análisis de laboratorio. Monitoreando continuamente las desviaciones en la distribución del tamaño de las partículas causadas por variaciones en las condiciones ambientales, en las materias primas o por adaptaciones en el proceso de producción.

Se puede detectar cualquier desgaste o daño del equipo inmediatamente, permitiéndole al operador la toma rápida de acciones correctivas necesarias. Sin embargo, para garantizar resultados fiables, los sistemas de medición en línea deben cumplir varios requisitos tales como permitir que se realice un procedimiento de muestreo representativo, preparación de la muestra y garantizar la reproducibilidad de las ediciones y los tiempos cortos de medición.

Para que una muestra sea efectiva, esta debe de tener el tamaño adecuado, ya que esto puede afectar el resultado del análisis. Al tener un tamaño adecuado de muestra la probabilidad de la detección de desviaciones aumenta, y si dicha muestra fuese demasiado pequeña es probable que no se detecten las desviaciones, como se muestra en la Figura 1.

Medición del tamaño de partículas en línea - Image 1
La reproducibilidad demuestra la precisión del sensor y se puede determinar mediante mediciones repetidas de la misma muestra. La figura 2 muestra mediciones repetidas de tres tipos diferentes de alimento realizadas con la Unidad de medición de tamaño de partículas en línea Bühler DYTA.
 
Medición del tamaño de partículas en línea - Image 2

Otro requisito importante para un sistema de medición es su capacidad para detectar desviaciones:

  • En los ensayos 1-4; se determinaron las distribuciones de densidad de la misma muestra de alimento.
  • En el ensayo 5; una fracción entre 500-710 µm se añadió, que asciende al 10% del tamaño total de la muestra.
  • En el ensayo 6; una fracción entre 125-250 µm fue añadido con la misma proporción que antes.

Como se puede observar en la figura 3 los datos demuestran que las desviaciones en la granulometría pueden ser detectadas con alta resolución. Particularmente en el rango entre 300 y 500 µm, la detección de las desviaciones se limitan con el análisis de tamices, ya que los tamices tienden a bloquearse. Lo que demuestra otra ventaja de la técnica de sensor utilizada en el sistema de medición en línea.

Medición del tamaño de partículas en línea - Image 3

Comparabilidad del análisis de tamices y la medición en línea

No es posible comparar directamente la distribución del tamaño de partícula analizada por tamizado y los resultados de un sistema de medición en línea; sin embargo, durante el análisis del tamiz, se define un rango de tolerancia para cada receta que representa variaciones aceptables alrededor del valor medio. Estos rangos de tolerancia se pueden comparar con el valor medio determinado con la herramienta de medición en línea, dando así una indicación inicial sobre cualquier desviación entre ambos métodos al implementar el nuevo sistema.

¿Cómo funciona el análisis de tamaño de partículas en línea?

En la unidad de medición de tamaño de partícula en línea Bühler DYTA, toman muestras del mezclador tan pronto como se pueda asegurar una mezcla homogénea (figura 4). La muestra llega a la unidad del sensor donde las partículas de gran tamaño se separan, un tornillo dosificador transporta el producto a una unidad de dispersión, donde las partículas se separan mediante aire inyectado y luego se presentan al sensor. El sistema utiliza desviación láser y análisis dinámico de imágenes para determinar con precisión el tamaño de partículas pequeñas (10 µm) y partículas grandes (5000 µm).

 

Medición del tamaño de partículas en línea - Image 4

Conclusión

La medición del tamaño de partículas en línea es una nueva herramienta para el control y la optimización de procesos continuos, ya que el monitoreo puede asegurar una granulometría definida y constante, garantizando una producción confiable.

Ajustes incorrectos o deficientes de la máquina o del proceso, problemas técnicos como rotura del tamiz o desgaste de los martillos, así como las desviaciones causadas por variaciones de la materia prima se pueden detectar de inmediato, permitiendo que la acción se lleve a cabo directamente a través de un sistema totalmente automatizado reduciendo la carga de trabajo mientras que la cantidad y confiabilidad de los datos proporcionados aumentan.

 
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