OPERACIONES BASICAS EN OPERACIONES BASICAS EN TECNOLOGIA FARMACEUTICA TECNOLOGIA FARMACEUTICA “OPERACIONES CON SÓLIDOS “OPERACIONES CON SÓLIDOS

PULVERULENTOS”PULVERULENTOS”

ROSENDO ARCHBOLD JOSEPHROSENDO ARCHBOLD JOSEPH

CONTENIDOCONTENIDO• PulverizaciónPulverización a. Introducción b. Teoría de la pulverización c. Balance energético de la pulverización d. Efecto de la pulverización sobre la distribución de

tamaños de partículas e. Equipos de pulverización f. Criterio de selección del equipo de pulverización• Separación de partículas en función de su tamañoSeparación de partículas en función de su tamaño a. Métodos de separación b. Criterios de selección del procedimiento de

separación

CONTENIDOCONTENIDO

• Mezclado de sólidosMezclado de sólidos a. Introducción b. Mecanismo de mezclado c. Mecanismo de segregación e. Índice de mezclado f. Velocidad de mezclado g. Equipos de mezclado h. Criterios de selección de equipos de mezclado

• BibliografíaBibliografía

1. Pulverización1. Pulverización

• IntroducciónLa pulverización se define(p. 365 Vila Jato, Vol. I), como el

proceso de reducción, por medios mecánicos, del tamaño de partícula de los sólidos pulverulentos.

• Objetivos

4. Toda reducción en el tamaño de las partículas de un solido pulverulento implica un incremento en el valor de su superficie especifica.

Teoría de la pulverizaciónTeoría de la pulverización

Hasta el momento no se dispone de una teoría de aplicación general para la pulverización, este desarrollo teórico incompleto puede justificarse por la propia complejidad del proceso, sin embargo, se han desarrollado algunos aspectos que, aunque de forma parcial o limitada, resultan útiles para caracterizar algunas facetas de esta operación.

““Cuando se aplica una presión sobre una partícula solida, Cuando se aplica una presión sobre una partícula solida, ésta experimentará una deformación; es decir, un cambio ésta experimentará una deformación; es decir, un cambio en alguna de sus dimensiones con respecto a los valores en alguna de sus dimensiones con respecto a los valores originales”originales”. Para caracterizar esta deformación es necesario distinguir los materiales elásticos de los plásticos.

Teoría de la pulverizaciónTeoría de la pulverización

En el caso de materiales elásticos, la deformación cesa cuando deja de aplicarse la fuerza que la produjo y la partícula recupera sus dimensiones iníciales, para este tipo de material existe una relación lineal entre la intensidad de la presión aplicada y la magnitud de la deformación tal como lo establece la ley de Hooke(figura No1), la pendiente del trazado rectilíneo presión – deformación se conoce como módulo de Young. Este parámetro constituye, por lo tanto, una medida de la facilidad con que se deforma elásticamente un material. Para cada producto, existe un valor de presión por encima del cual éste sufriría una deformación de magnitud no aceptable por parte de sus estructuras, produciéndose entonces su fractura. La fragmentación lleva apareada la liberación de las tensiones acumuladas en el material por la aplicación de la presión.

DeformaciónDeformación

Pre

sión

Pre

sión Punto de fractura

Deformación eláDeformación elástica

Figura No 1 Relación presión- deformación para sólidos elásticos

Teoría de la pulverizaciónTeoría de la pulverización

En el caso de materiales plásticos, el comportamiento resulta algo más complejo. Para presiones de pequeña intensidad, se observan deformaciones típicamente elásticas (figura No2), si se supera el limite elástico del material, la deformación pasa a ser permanente (plástica). Además, para presiones de intensidad superior a las correspondiente al límite elástico, la relación presión-deformación deja de ser lineal. Al igual que en los materiales elásticos, la aplicación de presiones de intensidad superior a la del punto de fractura provocará la fragmentación de la partícula.

Límite elástico

Deformación elástica

Deformación

Pre

sión

Deformación plástica

Punto de fractura

Figura No 2 Relación presión- deformación para sólidos plásticos

Teoría de la pulverizaciónTeoría de la pulverización

Para ambos tipos de materiales, el valor del área bajo la curva presión-deformación,constituyen una medida de la energía necesaria para provocar la fragmentación de las partículas de un material. Nótese que, cuanto más elevada sea la presión correspondiente al punto de fractura y cuanto más acusada la deformación que produce la aplicación de la presión, mayor será la energía necesaria para fragmentar un material.

Balance energético de la pulverizaciónBalance energético de la pulverización

La pulverización es una de las operaciones que tiene un menor rendimiento energético. Normalmente, menos de un 2% de la energía aportada a lo largo del proceso se utiliza para reducir el tamaño de las partículas de sólido. Este rendimiento tan bajo tiene su origen en las numerosas e importantes perdidas energéticas, entre las que cabe destacar las deformaciones plásticas o elásticas de las partículas, el transporte del material dentro de los molinos, las fricciones entre las partículas y de este con las paredes de la cámara de pulverización, las vibraciones mecánicas y, especialmente, la generación de calor.

Balance energético de la pulverizaciónBalance energético de la pulverización

Se han desarrollado una serie de teorías útiles para predecir el gasto energético necesario para conseguir una determinada reducción en el tamaño de las partículas. Todas ellas toman como punto de partida la ecuación diferencial propuesta por Walker:

dE/dD = c/Dn

En esta expresión se establece que la energía necesaria (dE) para provocar reducción del tamaño de partícula (dD), es inversamente proporcional al tamaño de las partículas (D), elevado a un exponente adecuado (n). En esta ecuación © es una constante que refleja la eficiencia del proceso.

Balance energético de la pulverizaciónBalance energético de la pulverización

La teoría propuesta por Kick establece que la energía necesaria para reducir el tamaño de las partículas desde su valor inicial (Di), hasta el valor final (Df), esta relacionada logarítmicamente con la reducción de tamaños (Di/Df) producida; es decir:

E = cxln Di/Df

Efecto de la pulverización sobre la Efecto de la pulverización sobre la distribución de tamaños de partículasdistribución de tamaños de partículas

La fractura de una partícula supone su transformación en una serie de fragmentos cuyas dimensiones dependen del mecanismo a través del cual tiene lugar la pulverización, de la naturaleza del material y de la intensidad de las fuerzas aplicadas. En términos generales, se puede afirmar que el tamaño de los fragmentos mayores dependen de la intensidad de la fuerza aplicada, de manera que, al aumentar ésta, los fragmentos verán reducido su tamaño. Por el contrario, el tamaño de los fragmentos menores depende fundamentalmente de la naturaleza del material y, en menor medida, del mecanismo de pulverización a través del cual se provoca su fractura.

Equipos de pulverizaciónEquipos de pulverización

Aunque existen marcadas diferencias en la estructura de los equipos de pulverización, es conveniente señalar la presencia, en todos ellos, de tres elementos básicos:

3. TOLVA DE ALIMENTACION

4. CAMARA DE PULVERIZACION

5. DISPOSITIVO DE DESCARGA

REDUCCION DE TAMAÑOREDUCCION DE TAMAÑO

Equipos de pulverizaciónEquipos de pulverización

Para clasificar los equipos de pulverización, se debe tener en cuenta los siguientes criterios:

3. Mecanismo de pulverización

4. Tamaño de partícula del producto pulverizado.

5. Régimen de funcionamiento

6. Modalidad de pulverización

EquiposEquipos

• MOLINOSMOLINOSLos molinos se utilizan para moler materiales obteniendo

polvo de grano grueso, fino y muy finos

1. Molino de ruedas. Dos grandes cilindros de hierro o de piedra circulan sobre una platina de hierro o alternativamente, los cilindros están fijos y lo que gira es la platina.

2. Molino centrífugo: De un eje giratorio vertical penden esferas de acero que, por efecto de la fuerza centrífuga, trituran y pulverizan el material a moler contra la pared de la carcasa o cráter inferior.

EquiposEquipos

3. Molino de bolas: Consiste en un recipiente cilíndrico de 3. Molino de bolas: Consiste en un recipiente cilíndrico de acero o cerámica que tiene en su interior bolas del mismo acero o cerámica que tiene en su interior bolas del mismo material, y que se mantiene en movimiento merced al material, y que se mantiene en movimiento merced al giro de unos rodillos de goma sobre los que se apoya en giro de unos rodillos de goma sobre los que se apoya en sentido horizontal.sentido horizontal.

Triturador de MandíbulaTriturador de Mandíbula

Constituido por dos placas de acero donde una es móvil y la Constituido por dos placas de acero donde una es móvil y la otra fija. Se utiliza para la trituración de partículas de otra fija. Se utiliza para la trituración de partículas de gran tamaño, a tamaño mediano y fino. Trabaja con la gran tamaño, a tamaño mediano y fino. Trabaja con la compresión y la frotación.compresión y la frotación.

Triturador de MandíbulaTriturador de Mandíbula

Triturador de RodillosTriturador de Rodillos

• Esta formado por dos rodillos iguales que giran en sentidos contrarios y la trituración se realiza por abrasión. Añadiendo material por la tolva de entrada, se tritura a su paso por entre los rodillos y se recoge en la parte inferior en un deposito adecuado. Se puede regular el tamaño de la molienda acercando o distanciando los dos rodillos

Triturador de RodillosTriturador de Rodillos

Constituido por dos o más rodillos de acero paralelos entre sí y girando concéntricos impulsando al alimento a pasar por el espacio entre ellos. La principal fuerza ejercida es la de compresión.

Triturador de RodillosTriturador de Rodillos

Triturador de RodillosTriturador de Rodillos

Molino de BolasMolino de Bolas

Esta constituido por un recipiente (de tamaño variable y de distintos materiales) relleno de bolas de un determinado diámetro. Una vez que la muestra se ha colocado en su interior junto con las bolas, se somete a un movimiento giratorio elevado, por giro de los rodillos acoplados a un motor, lo que provoca que las bolas rueden en su interior haciendo el proceso de trituración al chocar con la muestra.

Molino de BolasMolino de Bolas

Consiste en un cilindro de acero lleno hasta la mitad con bolas o cilindros de acero y para ejercer su efecto reductor se le aplica un lento movimiento rotacional. A bajas velocidades y con bolas pequeñas la forma de reducir tamaño que predomina es la de cizalla (frotamiento) y al utilizar bolas grandes o el cilindro gira a altas velocidades predomina la de impacto.

Molino de BolasMolino de Bolas

• MOLINO DE BOLAS

•Se transforman muestras de polvo de 5 mm. de diámetro en polvo de hasta 0,65µ.

Molino de CilindrosMolino de Cilindros

Molino de MartilloMolino de Martillo

Se utiliza para pocas cantidades de materia y no muy dura. El triturador gira a gran velocidad y muele las partículas de material hasta reducirlas a polvo. Puede seleccionarse el fino obtenido con un juego de rejillas de distintas mallas.

Es una cámara cilíndrica cubierta con una plancha perforada de acero que en su interior tiene un rotor con una serie de vástagos pegados a su eje (martillos) que giran a gran velocidad. La fuerza principalmente utilizada es la de impacto al ser golpeado e impulsado contra la plancha de acero.

Molino de MartilloMolino de Martillo

Molino de MartilloMolino de Martillo

Morteros ManualesMorteros Manuales

En este caso la trituración de la muestra no se realiza por impacto, sino por abrasión es decir la muestra se coloca en el mortero y con la ayuda del pistilo se presiona la muestra a la vez que se realizan movimientos circulares hasta conseguir el tamaño de partícula deseado.