Obregón Quiñones, Luis G.

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    Mixing of granular materials in an oscillatory shear mixer
    (2009) Obregón Quiñones, Luis G.; Velázquez Figueroa, Carlos; College of Engineering; Suleiman Rosado, David; Rinaldi, Carlos; Benítez, Jaime; Department of Chemical Engineering; Romañach Suárez, Rodolfo
    Mezclado es uno de los pasos más importantes en el manejo de los polvos en muchas industrias tales como en la industria química, metalúrgica, farmacéutica, alimenticia, etc., debido al gran efecto que tiene en la composición de sus productos principales. Para mencionar solo un importante ejemplo en la industria farmacéutica, el mezclado afecta altamente la potencia de las tabletas de tal manera que, si hay un problema de no homogeneidad en sus componentes, esto se convertiría en un gran riesgo a la salud humana. Para ir más a fondo en el entendimiento del comportamiento del mezclado, la mayoría de los estudios han sido enfatizados en diferentes sistemas tal como cilindros rotatorios, mezcladores tote, mezcladores en V, mezcladores de doble cono, etc., los cuales son los más usados hoy en día en la industria del manejo de sólidos. El progreso ha sido substancial, aunque, debido al hecho de que la mayoría del trabajo haya sido realizado considerando solo en 2 dimensiones, la comprensión fundamental de los fenómenos permanece aún oculta. Las aplicaciones reales de la industria requieren el entendimiento en las tres dimensiones y solo pocos estudios en esta línea ha sido realizados, por ejemplo, el uso de nuevas técnicas tales como el rastreo de partículas por emisión de positrones la cual es una técnica no invasiva que sigue el movimiento de partículas trazadoras marcadas radiactivamente para estudiar su desplazamiento en los tres ejes coordenados. El uso de MRI es otro método no muy común en este campo y la razón del poco uso de estos equipos es debido al alto costo envuelto y la complejidad y dificultad de tenerlos en un laboratorio común. Considerando las limitaciones y complicaciones experimentadas por el estudio general acerca del mezclado granular, este trabajo ha sido enfocado en desarrollar un sistema simple que consiste de una caja que tiene dos paredes movibles y tres paredes estáticas donde la deformación cortante impuesta fue variada siguiendo una función periódica la cual permite el estudio del movimiento aleatorio del material granular y el mezclado de este. El objetivo fue demostrar experimentalmente con un sistema no complicado la relevancia de la importancia de tomar en consideración una tercera dimensión y conseguir información de los fenómenos físicos (compactación, dilatación, deslizamiento de interface, caos, y segregación) envueltos en el flujo granular de tres dimensiones. El sistema permite enfocar fenómenos específicos y así un mejor entendimiento de estos puede ser obtenido de resultados experimentales. Los resultados son explicados en tres diferentes capítulos principales. En el primero de ellos, el efecto de los experimentos a diferente deformación cortante impuesta, desplazamientos de pared, tiempo y perturbación de pared en el mezclado de la superficie de la cavidad y en el eje z fueron estudiados. Segregación fue otro fenómeno considerado para entender las respuestas diversas de mezclado en el sistema cuando problemas de no homogeneidad aparecen. En el segundo capítulo los efectos de diferentes distribuciones de tamaño de partícula y dilatación son mostrados. Por último, el tercer capítulo concierne al efecto de nivel de llenado inicial en el mezclado global. El estudio revela que el mejor mezclado es encontrado cerca de las paredes movibles y en la capa superficial. Un patrón triangular con una altura decreciente asociada con el incremento del mezclado fue obtenido en el fondo de la cámara de mezclado y cuya longitud depende del largo de la cavidad, la velocidad, el desplazamiento de la pared, el tamaño de partícula y el nivel de llenado inicial. El mezclado en la capa superficial sigue un comportamiento caótico. El fenómeno de dilatación fue notable jugando un papel importante en el desarrollo del mezclado variando la expansión del lecho linealmente con el tamaño de partícula.