Proceso de Mezclado

 

MEZCLADO DE SÓLIDOS

INTRODUCCIÓN Para lograr la administración de principios activos en dosis efectivas se elaboran diferentes formulaciones constituidas por excipientes y principio activo. La industria farmacéutica fabrica una gran variedad de medicamentos en diversas formas farmacéuticas sólidas, líquidas y semisólidas. Como son: Comprimidos, cápsulas, inhaladores de polvo en seco. ( mezclas de partículas sólidas y/o polvos). Jarabes: mezclas de líquidos miscibles. Emulsiones y cremas : mezcla de líquidos no miscibles Pastas y suspensiones: dispersiones de partículas sólidas. Donde los componentes deben encontrarse homogéneamente distribuidos, para lo cual se hace uso de la operación unitaria de mezclado, fundamental en todo proceso de fabricación en la industria farmacéutica. La composición de los medicamentos debe especificarse estrictame estrictamente nte para asegurar su eficacia y seguridad en su aplicación. Mezclado es la operación unitaria que permite obtener una distribución al azar de partículas dentro de un sistema ordenado en el que las partículas presentan un patrón o unidad repetitiva (mezcla ordenada) Cuyo objetivo es asegurar una distribución homogénea de los componentes de un medicamento, lo que impactará en la seguridad y efectividad terapéutica del mismo. Es decir el mezclado es un proceso que implica la interposición de dos o más componentes separados para formar un producto homogéneo, donde cada partícula de cualquiera de los ingredientes esté lo más cerca posible de otra partícula de un ingrediente diferente. Mezcla es una distribución al azar de dos o más fases inicialmente separadas. El término mezcla o mezclado se aplica a una gran variedad de operaciones que difieren ampliamente en el grado de homogeneidad del material mezclado. TIPOS DE MEZCLAS Una mezcla perfecta de dos tipos de partículas es aquella en la que una muestra de éste grupo de partículas, tomada de cualquier posición en la mezcla, contendrá la misma proporción de cada una. En la práctica no es posible obtener una mezcla perfecta. perfecta. En general, el objetivo es obtener una mezcla aleatoria, es decir, una mezcla en la que la probabilidad de encontrar una partícula de cualquier componente sea la misma en todos los lugares e igual a la proporción de ese componente en la mezcla en su conjunto. Si las partículas a mezclar difieren en sus propiedades físicas, puede ocurrir una segregación. En este caso, las partículas de un componente tienen una mayor probabilidad de ser encontradas en cierta parte de la mezcla y por lo tanto no se puede obtener una mezcla aleatoria. En Figura 1 se dan ejemplos de lo que se entiende por mezcla perfecta, aleatoria y segregada de dos componentes. Haciendo Haciendo una analogía se puede decir que se obtiene una mezcla  – aleatoria, lanzando una moneda ladoPara de la indica la partícula negra en un lugar determinado y la otra cara partícula  un blanca. la monea mezcla segregada, la moneda es reemplazada

 

por un dado. En este caso las partículas negras difieran en alguna propiedad, lo que hace que tengan una mayor probabilidad de aparecer en la mitad inferior del cuadro. En este caso, en la mitad inferior de la mezcla existe la posibilidad de que dos de cada tres sean partículas negras, mientras que en la mitad superior la probabilidad es de uno en tres. Es posible producir mezclas con mejor de Calidad aleatoria aprovechando las fuerzas atractivas naturales entre partículas; tales mezclas se logran a través de mezclas "ordenadas" o "interactivas" SEGREGACIÓN Cuando las partículas a mezclar tienen las mismas propiedades físicas importantes (tamaño distribución, forma, densidad) entonces, siempre que el proceso de mezcla continúe por mucho

Figura 1 Tipos de mezclas tiempo, se obtendrá una mezcla aleatoria. Sin embargo, en muchos sistemas, las partículas a mezclar tienen diferentes propiedades y tienden a exhibir segregación. Partículas con la misma propiedad física se juntan en una sola parte de la mezcla y la mezcla aleatoria no es un estado natural para tal sistema de partículas. Incluso si las partículas se mezclan originalmente por algún medio, tenderán a separarse en el manejo (mover, verter, v erter, transportar, procesar). Aunque las diferencias en tamaño, densidad y forma de las partículas constituyentes de una mezcla puede dar lugar aLaladiferencia segregación, la diferencia en el tamaño de partícula es, con mucho, la causa más importante. de densidad es comparativamente poco importante, excepto en la fluidización con gas donde la diferencia de densidad es más importante que la diferencia de tamaño. Muchos problemas industriales surgen de la segregación. Incluso si se logra una mezcla satisfactoria de los constituyentes en una mezcla de polvos, a menos que se tenga mucho cuidado, durante el procesamiento y manejo posterior de la mezcla resultará en segregación.

 

Mecanismos de segregación por el tamaño de partícula 1) Segregación de la trayectoria. trayectoria . Si una pequeña partícula de diámetro x y densidad ρp, cuya velocidad de arrastre se rige por la ley de Stokes, se proyecta horizontalmente con una velocidad U en un fluido de viscosidad μ y densidad ρf , la distancia límite que puede recorrer horizontalmente es U ρpx2  = 18 μ. Una partícula de diámetro 2x viajaría cuatro veces más lejos que la anterior. Este mecanismo puede causar segregación cuando las partículas se mueven por el aire (Figura 2). Esto también sucede cuando los polvos caen desde el extremo de una cinta transportadora

Figura 2. Mecanismos de segregación 2) Percolación de partículas finas. finas . Si una masa de partículas se perturba de tal manera que las partículas individuales se mueven, ocurre una reorganización en el empaquetamiento de las partículas. Los huecos creados permiten que las partículas de arriba caigan, y las partículas en algún otro lugar se mueven hacia arriba. Si el polvo está compuesto de partículas de diferentes tamaños, será más fácil que las partículas pequeñas caigan, es decir tienden moverse hacia abajo, lo que lleva auna la segregación. Incluso una diferencia muy pequeña en el tamaño de partícula puede dar lugar a significativa segregación. La segregación por percolación de partículas finas puede ocurrir cuando la mezcla se altera, provocando el reordenamiento de las partículas. Esto puede suceder durante el movimiento, agitación, vibración o al verter partículas en un montón. Se debe tener en cuenta que se esperaría que la agitación y la vibración promuevan la mezcla en líquidos o gases, pero causan segregación en mezclas de partículas que fluyen libremente. El cizallamiento causado cuando una mezcla de partículas se gira en un tambor también puede dar lugar a la segregación por percolación. La segregación por percolación se produce al cargar y descargar en las tolvas de almacenamiento. Cuando las partículas se introducen en una tolva, generalmente se vierten en un montón da como resultado la segregación si hay una distribución de tamaño y el polvo fluye libremente

 

 3) Ascenso de partículas gruesas debido a efectos de vibración. vibración . Si una mezcla de partículas de diferentes tamaños vibra, las partículas más grandes se mueven hacia arriba. Esto puede demostrarse al colocar una sola bola grande en el fondo de un lecho de arena (por ejemplo, una Bola de acero de 20 mm o piedra de tamaño similar en un vaso de arena de playa). Al agitar el vaso de precipitados hacia arriba y hacia abajo, la bola de acero sube a la superficie.

Figura 3. Ascenso de una bola de acero en arena, durante la agitación

4) Segregación por elutriación: elutriación: Cuando una mezcla se fluidiza, las partículas más pequeñas pueden elutriar siempre y cuando la velocidad del gas que circula exceda la velocidad terminal de las mismas, figura 2.

MECANISMOS DE MEZCLADO Se reconoce la existencia de tres mecanismos en el proceso de mezclado de sólidos: Convección:  Se produce cuando fracciones del sistema particulado total son trasladadas a otra Convección:  región del espacio donde están confinadas las mezclas. Se logra en equipos que agitan o rotan la mezcla. Implica un movimiento movimiento de masas relativamente grandes de polvo. Este movimiento puede consistir en la inversión del lecho de polvo completo, en caso de mezcladores de volteo o bien puede producirse por arrastre mediante una hélice, mediante un tornillo sin -fin, etc. La mezcla convectiva se convectiva se realiza r ealiza mediante un movimiento masivo deliberado de paquetes de polvo alrededor de la masa de polvo. Difusión (no molecular):  molecular):  Un mezclado del tipo difusivo en sólidos se refiere por ejemplo al movimiento de partículas sobre superficies con una pendiente dada, sólo migran por gravedad, es decir, no hay que adicionar energía para el movimiento. Por esfuerzos de corte o cizalla: cizalla : se producen planos de deslizamiento entre distintas regiones de la muestra. Por ejemplo si la mezcla es muy cohesiva, es recomendable utilizar equipos con paletas que ejerzan esfuerzos de corte a la mezcla, en lugar de mezcladores tipo rotator rotatorios. ios. En los equipos de mezclas es común que más de un mecanismo tenga lugar durante el proceso de mezclado. Lograr un buen mezclado de sólidos particulares de diferente tamaño y densidad es de suma importancia para muchas industrias. Las partículas que pueden fluir se segregan naturalmente. Por ejemplo, en una bolsa de cereal, las partículas más grandes las encontramos mayoritariamente en

 

la parte de arriba, mientras que las pequeñas migran al fondo. En el caso de las mezclas de líquidos miscibles y gases, el flujo convectivo logra un mezclado macro, mientras que los procesos difusivos logran el mezclado a nivel micro. Consecuentemente, las mezclas de gases y líquidos si se dejan el tiempo suficiente tienden a homogeneizar la composición de la mezcla. Las mezclas sólidas nunca alcanzan tal homogeneidad porque tienden a segregarse, mientras que los líquidos y sólidos tienden a mezclarse. EQUIPOS DE MEZCLADO Mezcladores de Tambor Rotatorio: Rotatorio: En la Figura 4, se presentan diferentes tambores rotatorios. Si bien existe un componente convectivo en el mezclado, el mecanismo predominante es el difusivo (ocurre segregación). En la Figura 5, se muestra un mezclador de tambor con baffles internos para reducir la segregación.

Figura 4. Mezcladores de tambor. a) cilindro horizontal, b) de doble cono, c) cono

Figura 5. Mezclador de tambor con baffles

Mezcladores convectivos: convectivos: En este tipo de equipos la circulación de sólidos se logra dentro de carcasas estáticas en las que se disponen paletas que rotan. El mecanismo principal de mezclado es la convección, sin embargo también se produce difusión y movimiento por esfuerzos de corte. Uno de los equipos más comunes es la mezcladora de cintas, donde paletas helicoidales helicoidales rotan dentro de un cilindro estático ver Figura 6.

Figura6. Mezclador de cintas Otros tipos de mezcladores son los de tornillos, tornillos, los cuales se muestran en la Figura 7. Los tornillos tor nillos elevan material desde el fondo y lo desplaza hacia el tope.

 

Figura 7. Mezclador de tornillo Lechos fluidizados: fluidizados: En estos mezcladores el mecanismo de mezclado predominante es la convección. En este equipo se puede llevar a cabo más de una operación unitaria, por ejemplo recubrimiento, enfriamiento y mezclado. Mezcladores de alto corte: corte: Son parecidos a los rotogranuladores, en este caso el mecanismo principal de mezclado son los esfuerzos de corte generados. Son muy usados para el mezclado de polvos cohesivos.