Mezcla y dispersión, procesos complementarios

Octaviano Fernández*

En esta oportunidad queremos poner en consideración, de forma clara, las causas por las cuales en México y en Latinoamérica se dificulta realizar en forma efectiva la investigación en fábrica, necesaria para el desarrollo de nuevos o mejores recubrimientos y tintas.

Para hacer una investigación y desarrollo efectivo es necesario tener la capacidad de recrear el proceso productivo de la planta de manera fiel en los laboratorios de pruebas, proceso que en realidad no es muy complejo. Aún así, la mayoría de las fábricas no logran reproducir dichos escenarios cuando tratan de desarrollar nuevos productos o mejorar y modificar los existentes.

Muchos de los fabricantes de recubrimientos y tintas cuentan con laboratorios de pruebas, en los que tienen instrumentos de medición muy importantes para la investigación y desarrollo. Dichos instrumentos se usan, en su mayoría, para medir propiedades físicas o de apariencia, lo cual aunque es importante, solo permite verificar si los productos que se están probando pueden entrar dentro de los parámetros de calidad que se necesitan o, en otros casos,  para verificar que los productos tengan los atributos físicos necesarios para ser utilizados.

El problema es que no tienen la instrumentación necesaria para reproducir todo el proceso industrial involucrado en la producción de un recubrimiento o tinta, y evaluar un nuevo componente en la formulación o modificación del proceso, actividades correspondientes a la investigación y desarrollo. En estas dos actividades se tiene que considerar la habilidad para emular los procesos productivos.

El proceso de producción de un recubrimiento o una tinta esta compuesto por varios sub-procesos, como el de dispersión, molienda, dosificación, envasados, etcétera. Dos de ellos son extremadamente importantes cuando hablamos de investigación y desarrollo: el de dispersión y el de molienda, pues en ellos radica la mayor parte del secreto de la producción.

Es en la incapacidad de poder simular estos dos procesos, donde se evidencia la razón por la cual para muchas fábricas de recubrimientos y tintas es imposible hacer una investigación y desarrollo adecuado.

Aclaración de conceptos
Existe una gran confusión en el medio sobre la diferencia entre dispersar y mezclar o agitar.  Las metas de ambos son muy diferentes. La dispersión va mas allá de la mezcla o la agitación, el poder mecánico necesario para lograr una dispersión es mucho mas elevado que el necesario para mezclar

La mayoría de las de los pigmentos, aditivos y materias primas que se utilizan en la formulación de los recubrimientos y tintas requieren para dispersarse de velocidades periféricas de entre 18 y 25 m/s. La velocidad periférica es la que se alcanza en la orilla de los discos de dispersión.

En los equipos de proceso es muy fácil llegar a dichas velocidades necesarias para la dispersión (18 a 25 m/s), pues el tamaños de los disco combinado con los rpm facilitan las tareas, de tal forma que es muy sencillo llegar a crear el efecto de la dona, el cual es el signo de que la mayor potencia mecánica posible esta siendo transferida a la base de molienda.

Véase el siguiente ejemplo:
Suponga que se cuenta con un dispersor de producción con las siguientes características:
Diámetro del disco del dispersor : 200mm
Revoluciones de la flecha : 2300rpm

La fórmula para calcular la velocidad periférica es la siguiente: v = π·d·n
60
V= Velocidad periférica
π = 3.141…..
d= Diámetro del disco en metros
n= revoluciones de la flecha en rpm

Por lo tanto si seguimos la formula anterior: (π)3.1416 x (d) 0.20 x (n) 2300
60

la velocidad periférica resultante sería de 24.08 m/s.

Estas condiciones son muy fáciles de alcanzar en casi cualquier planta de recubrimientos o tintas en la parte de proceso, el problema radica en el laboratorio, pues la mayoría de estos no cuentan con la tecnología adecuada para producir estas condiciones.

Distintas son las razones por las cuales esto sucede, la mas común es que en laboratorio se trate de imitar el proceso con equipos con la misma cantidad de revoluciones por minuto; es decir, si en proceso se tiene un dispersor que alcanza 3.500 RPM, en el laboratorio se tiene otro que alcance las misma 3.500 RPM, sin tomar en cuenta que lo que se necesita imitar son las velocidades periféricas no las RPM.

El siguiente ejemplo  trata de ilustrar lo que sucede cuando en laboratorio solo se toma en cuenta los RPM para simular el proceso.

Ejemplo de un equipo de laboratorio de 3.500 RPM

Diámetro del disco del dispersor : 30mm
Revoluciones de la flecha : 3500rpm

Utilizando la formula para obtener la velocidad periférica se podrá observar que solamente se logra una velocidad de 5.49m/s, la cual solo permite mezclar los ingredientes, pero jamás dispersarlos.

Para poder imitar el proceso de dispersión en el laboratorio es preciso contar con un aparato que permita alcanzar velocidades periféricas mucho más altas (18 a 25 m/s), para calcular el tipo de aparato que se necesita es necesario ir a proceso y sacar el rango de velocidades periférica con las que se esta trabajando, eso se logra utilizando la formula que se ha presentado anteriormente.

Diámetro del disco del dispersor : 30mm
Revoluciones de la flecha : 15500rpm

(π )3.1416 x (d)0.030 x (n)15500
60

La velocidad periférica resultante sería de 24.34 m/s

Lo anterior indica que es necesario tener la capacidad de incrementar las RPM a niveles muy elevado de manera que con el tamaño del disco sea posible alcanzar las velocidades periféricas necesarias para hacer una dispersión como a nivel producción.

Algunas consideraciones
Para poder simular el proceso de dispersión se tendría que tener la capacidad en el laboratorio de poder correr pruebas a velocidades periféricas muy altas.
Si no es posible probar nuevos aditivos, pigmentos y otros ingredientes por no poder generar las condiciones adecuadas para que estos alcancen su mejor desarrollo, ¿cómo se puede hablar de investigación y desarrollo?

Muchos de los ingredientes que se utilizan en la fabricación de recubrimientos y tintas necesitan dispersarse a altas velocidades para poder dar su mejor desarrollo. Todas las fabricas de recubrimientos tienen la capacidad a nivel producción de generar dichas condiciones, el problema radica a nivel laboratorio, donde por el tipo de equipos que se utilizan no se puede llegar a producir las condiciones ideales (18 a 25m/s) en las cuales alcanzan su mejor desempeño dichos materiales y por consecuencia no se pueden ver todos los beneficios que brindan estos.

Es por eso que frecuentemente se observa en el medio, fórmulas que no se modifican por años, comentarios tales como, ese aditivo a mi no me funcionó, etcétera. ¿Será que lo avances en la industria son muy lentos que por tal motivo no se puede mejorar una fórmula en ocho años? ¿Será que un aditivo pueda funcionar para una empresa en un producto particular y en otra empresa en el mismo producto no? O, realmente ¿será que no se cuanta con la tecnología para probar de manera adecuada los avances tecnológicos que surgen día a día y de los cuales las empresas se deberían de beneficiar continuamente para mejorar sus productos o reducir sus costos?

La respuesta a las preguntas anteriores salta a la vista. Sí es posible hacer investigación y desarrollo de nuevos productos, siempre y cuando tengamos en los laboratorios de pruebas los instrumentos necesarios y adecuados para reproducir fidedignamente el proceso de producción. Una actitud de apertura a los cambios y el conocimiento de la nueva tecnología nos llevarán al logro de este objetivo, que nos permitirá obtener importantes beneficios económicos, así como también ofrecer a los clientes más y mejores productos y tener una industria que a nivel global que necesitamos.

*Exacolor