Fabricación en polvo:Aplicaciones,Mantenimiento,Ventajas

Fabricación de polvo se refiere a los procesos industriales utilizados para producir polvos para diversas aplicaciones en muchas industrias. Esta guía ofrece una visión general detallada de la fabricación de polvo, incluidos los principales equipos, procesos, aplicaciones y consideraciones para elegir proveedores y sistemas.

Panorama de la fabricación de polvo

La fabricación de polvos produce partículas finas de materiales sólidos cuyo tamaño oscila entre submicras y miles de micras. Los polvos se utilizan ampliamente en productos como metales, cerámica, plásticos, pigmentos, productos farmacéuticos y alimentos.

El mercado mundial de fabricación de polvos se valoró en 32.500 millones de USD en 2022 y se prevé que crezca a una CAGR de 7,2% de 2023 a 2030. El sector farmacéutico representó la mayor parte con más de 30% del mercado mundial de polvo. Sin embargo, el segmento de polvo metálico está experimentando el mayor crecimiento impulsado por las aplicaciones de automoción y aeroespaciales.

Las propiedades del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas, la morfología, la densidad y la fluidez, deben controlarse estrictamente durante el proceso de fabricación para cumplir los requisitos de la aplicación. Los cuatro pasos principales en la fabricación de polvo son:

1. Producción del polvo mediante trituración mecánica o procesos químicos
2. Clasificación en función del tamaño de las partículas mediante tamices, clasificadores o separadores por aire
3. Modificación de las características del polvo mediante molienda, granulación, secado, mezcla y otros tratamientos.
4. Formulación por mezcla con otros polvos o aditivos

La elección de la técnica de fabricación de polvo depende del material, el tamaño y la distribución final de las partículas, la morfología del polvo, la pureza y el uso previsto.

Principales ventajas de la fabricación en polvo

• La elevada relación superficie/volumen mejora la reactividad, la solubilidad y el rendimiento
• Capacidad para adaptar el tamaño y la distribución de las partículas a las propiedades deseadas
• Los procesos en polvo permiten fabricar formas complejas
• Las temperaturas de procesado más bajas ahorran energía en comparación con los materiales a granel
• Los productos compactados con polvo poroso presentan combinaciones únicas de resistencia y baja densidad

Retos en la fabricación de polvo

• La generación y manipulación de polvo plantean riesgos para la salud y la seguridad
• Los polvos pueden ser explosivos si las partículas combustibles están suspendidas en el aire
• Necesidad de equipos especializados para transportar, mezclar y compactar polvos
• La agregación de partículas puede afectar a la fluidez y uniformidad de los productos
• Control y mantenimiento de características uniformes del polvo a escala comercial

Equipos utilizados en la fabricación de polvo

Se utilizan diversos equipos y máquinas especializados para producir polvos con las características deseadas y transformarlos en productos finales. He aquí un resumen:

Equipamiento	Descripción
Molinos de bolas	Cilindros giratorios parcialmente llenos de bolas de cerámica o metal para triturar y moler materiales y convertirlos en polvo fino mediante impacto y fricción.
Molinos de martillos	Utiliza martillos oscilantes para pulverizar materiales contra una criba a altas velocidades. Eficaz para la molienda gruesa.
Molinos coloidales	Emplean un mecanismo rotor-estator con elevadas fuerzas de cizallamiento para romper los materiales en suspensión en tamaños submicrónicos.
Molinos de chorro	Utilizan chorros de aire a alta presión para reducir el tamaño de las partículas mediante colisiones entre ellas. Capaz de moler micras y submicras.
Molinos de desgaste	Agitar un lodo mediante un impulsor para moler las partículas por cizallamiento e impacto unas contra otras.
Secadores por pulverización	Seca rápidamente mezclas líquidas en polvos finos atomizándolas con aire caliente y evaporando la humedad.
Clasificadores de aire	Separación de partículas por tamaño mediante corrientes de aire controladas basadas en la velocidad de sedimentación diferencial de las partículas debida a la fuerza de arrastre.
Tamices vibratorios	Clasificación de partículas de polvo por tamaño de partícula mediante cribas y mallas vibratorias.
Granuladores	Formar agregados gruesos de polvos por compactación, compresión o adhesión para mejorar el flujo y la manipulación.
Mezcladoras	Consiga la homogeneización y mezcla de múltiples polvos mediante volteo, agitación o fluidización.
Prensas briquetadoras	Aplique alta presión para compactar polvos en briquetas densas de diversos tamaños y formas.

Procesos clave en la fabricación de polvo

Los principales procesos de producción de polvo junto con los materiales o industrias típicos para los que se utilizan:

Proceso	Materias primas/Industrias
Trituración mecánica	Metales, aleaciones, cerámica, minerales, pigmentos, productos agroquímicos
Precipitación	Cerámica, pigmentos, materiales catalíticos, especialidades químicas
Electrólisis	Metales, aleaciones, compuestos
Síntesis de plasma	Cerámicas, cermets, superaleaciones
Reacción en estado sólido	Cerámicas, catalizadores, fósforos, materiales para baterías
Secado por pulverización	Alimentos, productos farmacéuticos, detergentes, pigmentos, cerámica
Síntesis Sol-Gel	Cerámica, catalizadores, revestimientos, óptica
Molienda criogénica	Polímeros, elastómeros, productos farmacéuticos, alimentos

Los métodos mecánicos de reducción de tamaño, como la molienda y el triturado, son la técnica de producción de polvo más utilizada. Pero los materiales con composiciones químicas y estructuras cristalinas específicas se producen mediante técnicas avanzadas como la electrólisis, el secado por pulverización, la precipitación, la síntesis sol-gel, etc.

Aplicaciones y usos de la fabricación de polvo

Los polvos producidos mediante procesos de fabricación especializados se utilizan en una amplia gama de industrias y productos. Algunas aplicaciones clave son:

Industria/Producto	Aplicación
Metalurgia y componentes metálicos	Pulvimetalurgia para producir piezas sinterizadas, aleaciones en polvo para fabricación aditiva
Cerámica y refractarios	Polvos cerámicos avanzados para electrónica, revestimientos de barrera térmica
Polímeros y plásticos	Materiales de recubrimiento en polvo, compuestos de moldeo en polvo
Pinturas y revestimientos	Pigmentos, extendedores, dispersantes
Productos farmacéuticos y nutracéuticos	Ingredientes activos de medicamentos, excipientes, suplementos dietéticos
Alimentación y bebidas	Aromatizantes, espesantes, emulsionantes, preparados para lactantes, mezclas para bebidas
Productos químicos y catalizadores	Síntesis de especialidades químicas, materiales catalíticos
Agricultura	Micronutrientes y fertilizantes liberadores, plaguicidas en polvo
Cosmética y cuidado personal	Pigmentos, talco, modificadores, ingredientes activos
Almacenamiento de energía	Cátodos y electrolitos de baterías, materiales para pilas de combustible

El mercado de los materiales en polvo se está expandiendo rápidamente debido al alto rendimiento y la flexibilidad que ofrecen en todos los sectores manufactureros en comparación con los materiales a granel.

Consideraciones y normas de diseño

El diseño de los sistemas de fabricación de polvo requiere una cuidadosa consideración de parámetros como la capacidad, las propiedades del material, los riesgos de explosión, la eficacia de la manipulación y la calidad constante del producto.

Las normas clave para diseñar equipos de procesamiento de polvo seguros y eficaces son:

• NFPA 654 - Normas para la prevención de incendios y explosiones de polvo
• ISO 12100 - Seguridad de las máquinas
• ASTM B215 - Norma para tamices para ensayos
• ASTM B822 - Método de prueba estándar para el tamaño de partículas utilizando la permeabilidad al aire.
• ISO 4497 - Requisitos de seguridad para los sistemas de fluidización

En el diseño del equipo intervienen aspectos mecánicos como los medios de molturación, la velocidad del impulsor, las dimensiones de la criba o el tamaño de la boquilla, así como factores de proceso como el funcionamiento por lotes frente al continuo, la temperatura, la presión, los caudales y la integración de múltiples operaciones.

Los sistemas automatizados de supervisión y control son esenciales para mantener la calidad del polvo y el rendimiento. La prevención de explosiones mediante el recubrimiento con gas inerte, los respiraderos antiexplosión y la conexión eléctrica a tierra es fundamental.

Selección de proveedores de equipos de procesado de polvo

La selección de fabricantes de equipos de polvo fiables para un rendimiento y una eficacia óptimos de la línea de polvo implica la evaluación de diversos parámetros:

Parámetro	Descripción
Experiencia demostrada	Número de años suministrando a la industria pulverulenta y escala operativa
Capacidades llave en mano	Oferta de sistemas integrados completos, desde las materias primas hasta el producto final
Ingeniería a medida	Posibilidad de adaptar el equipo a las propiedades específicas del polvo y a la capacidad de producción
Gama de equipos	Suministramos molinos, clasificadores por aire, sistemas de mezcla y alimentación, soluciones de contención, automatización
Servicios de instalación y puesta en marcha	Capacidad para ocuparse de la instalación, las pruebas y la optimización in situ.
Apoyo continuo	Contratos de mantenimiento y suministro de piezas de repuesto para minimizar los tiempos de inactividad
Cumplimiento de las normas	Productos certificados según las normas de seguridad y calidad pertinentes
Eficiencia energética	Diseños que consumen menos energía para minimizar los costes de explotación
Optimización del proceso	Uso de modelos y simulaciones para mejorar el rendimiento del sistema de polvo

Es fundamental evaluar a varios proveedores y obtener referencias antes de comprometerse a una gran compra de capital de equipos de procesamiento de polvo.

Costes de los equipos de fabricación de polvo

Los costes de equipamiento en la fabricación de polvo varían significativamente en función de factores como:

• Tipo de molino - Molino de bolas, clasificador por aire, molino de chorro, etc.
• Capacidad - Toneladas/hora de producción
• Material de construcción - Acero inoxidable, acero al carbono, aluminio
• Nivel de automatización e instrumentación
• Accesorios de manipulación adicionales - Transportadores, tolvas, sacos, ciclones
• Requisitos de personalización
• Contratos de servicio posventa

Algunos rangos de precios indicativos para equipos comunes de procesado de polvo son:

Equipamiento	Capacidad de producción	Precios
Molino de bolas	1 - 200 kg/h	$10,000 – $500,000
Molino de chorro	10 - 2000 kg/h	$50,000 – $1,000,000
Clasificador por aire	500 - 10000 kg/h	$40,000 – $700,000
Mezclador	5 - 500 kg/lote	$5,000 – $250,000
Secador de lecho fluido	10 - 5000 kg/h	$30,000 – $1,000,000

Los sistemas más grandes para producción en masa y plantas totalmente automatizadas superarán el millón de euros. Se recomienda consultar a proveedores de equipos de polvo cualificados para obtener precios precisos.

Instalación y funcionamiento de equipos de fabricación de polvo

Para que el equipo de procesamiento de polvo funcione de forma segura y con un rendimiento óptimo, es necesario que los procedimientos de instalación y funcionamiento sean correctos. He aquí algunas directrices:

• Preparación cuidadosa del emplazamiento y anclaje del equipo sobre cimientos planos y sin vibraciones.
• Montaje de los módulos de los equipos según las instrucciones del fabricante
• Comprobación de alineaciones, fugas y holguras antes de las pruebas de funcionamiento
• Pruebas en seco y en húmedo para confirmar el rendimiento del diseño
• Validación de los sistemas de prevención de explosiones antes de la puesta en marcha en caliente
• Aumento gradual de las velocidades de alimentación y los parámetros hasta alcanzar la capacidad nominal.
• Supervisión continua de todas las variables del proceso: caudal, presión, carga, potencia, temperatura y vibración.
• Inspecciones periódicas para detectar cualquier acumulación de material u obstrucciones
• Mantener un diferencial de presión negativo para contener el polvo
• Sustitución programada de soportes y mantenimiento preventivo
• Sólo electricistas certificados pueden realizar el mantenimiento de los equipos eléctricos
• Formación adecuada de los operarios para los procedimientos operativos estándar
• Documentación de manuales de funcionamiento, registros de mantenimiento, procedimientos de seguridad

Asociarse con proveedores de equipos para aprovechar su experiencia puede agilizar la instalación y optimizar las operaciones para maximizar la vida útil de los equipos.

Prácticas de mantenimiento para equipos de procesado de polvo

El mantenimiento regular es esencial para el funcionamiento constante de los sistemas de manipulación de polvo y para la seguridad. Los aspectos clave incluyen:

Inspecciones

• Comprobar la acumulación de material, fugas, corrosión y obstrucciones
• Inspeccione los dispositivos de seguridad: toma de tierra, ventilación, válvulas, parada de emergencia
• Verificar los sistemas de control e instrumentación integrados

Mantenimiento preventivo

• Sustitución oportuna de filtros, rejillas, juntas, empaquetaduras y correas
• Sustitución de medios en molinos: bolas, revestimientos
• Pruebas de venteos de explosión, alarmas, inertización
• Calibración de camas de pesaje y sensores de temperatura y presión
• Lubricación de rodamientos, engranajes, motores

Mantenimiento de averías

• Diagnóstico de problemas mediante análisis de vibraciones, termografía, etc.
• Reparación/sustitución de piezas defectuosas - impulsores, transmisiones, correas
• Mantener un inventario de piezas de repuesto para los componentes críticos

Higiene y limpieza

• Aísle el equipo antes de lavarlo para evitar la entrada de agua
• Limpieza periódica con aspiradora y sopladores de aire para evitar la acumulación de polvo
• Evitar disolventes combustibles para los polvos de limpieza

Documentación

• Actualizar los registros de los equipos sobre todas las inspecciones y actividades de mantenimiento.
• Seguimiento de los índices de desgaste, frecuencias de sustitución para optimizar los calendarios
• Informar de reparaciones y averías importantes y documentar las soluciones

Trabajar en estrecha colaboración con los fabricantes de equipos originales y tener contratos de servicio puede ayudar a solucionar problemas y minimizar el tiempo de inactividad.

Consideraciones clave en la fabricación de polvos

Algunos factores críticos que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar los procesos de fabricación de polvo son:

Calidad del producto

• La distribución del tamaño de las partículas influye en las propiedades del polvo, como la fluidez, la compactabilidad y la dispersión.
• La morfología del polvo y su estructura interna determinan el rendimiento
• Es esencial minimizar la aglomeración y la contaminación
• Densidad aparente, contenido de humedad y pureza constantes

Seguridad

• Control del polvo mediante soluciones de ingeniería y contención
• Medidas de prevención de incendios y explosiones
• Los niveles de ruido elevados pueden requerir un cerramiento acústico
• Utilice equipos eléctricos intrínsecamente seguros cuando sea necesario

Propiedades de los materiales

• La abrasividad afecta al desgaste del equipo y a la selección del material
• La estabilidad térmica y química influye en los parámetros del proceso
• Considerar friabilidad, compresibilidad, carga electrostática

Capacidad

• La escala de producción determina el tamaño de los equipos y el nivel de automatización
• El funcionamiento por lotes frente al continuo afecta a la flexibilidad y la producción

Consumo de energía

• Minimizar el exceso de molienda y el uso de equipos más grandes de lo necesario
• Considerar la eficiencia energética de las distintas tecnologías de molienda
• La recuperación de calor, los variadores de frecuencia y la automatización reducen el consumo de energía.

Costes de capital y explotación

• Costes de equipos, mantenimiento, consumibles y uso de energía
• Impacto de la mano de obra, sistemas de supervisión/control y tiempo de inactividad
• Requisitos de ensayo y validación

El diseño cuidadoso del proceso y la selección del equipo teniendo en cuenta estos parámetros es clave para el éxito de una planta de fabricación de polvo.

Ventajas y limitaciones de la fabricación en polvo

Ventajas

• Capacidad para diseñar con precisión polvos con los tamaños y distribuciones de partículas deseados.
• Buena reproducibilidad y consistencia del producto en procesos controlados
• Los componentes pueden fabricarse con formas más complejas que los materiales a granel.
• Las bajas temperaturas de procesado ahorran energía
• La elevada superficie aumenta la reactividad y el rendimiento
• Amplia gama de materiales: metales, cerámica, polímeros, productos químicos, ingredientes alimentarios, etc.

Limitaciones

• La manipulación del polvo puede ser sucia y propensa a derrames
• Riesgos para la salud y la seguridad, como exposición al polvo, incendios y explosiones
• Equipo especializado necesario para transportar, mezclar y procesar
• Los polvos pueden ser cohesivos, abrasivos o reactivos, por lo que es necesario mitigarlos.
• Mantener la uniformidad a gran escala puede ser un reto
• Procesos por lotes menos adecuados para la producción en masa

Con unas buenas prácticas de ingeniería y seguridad, las ventajas de los materiales avanzados en polvo superan las limitaciones de muchas aplicaciones.

Fabricación de polvo - Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son los tipos de molinos más utilizados en la fabricación de polvo?

R: Los molinos de bolas, los molinos de martillos y los molinos de chorro son los equipos de molienda más utilizados para la reducción de tamaño en la fabricación de polvo. Las distintas aplicaciones requieren una selección óptima del molino en función de factores como el material de alimentación, el tamaño de partícula final necesario, la capacidad, los riesgos de contaminación, etc.

P: ¿Qué precauciones se toman para evitar las explosiones de polvo en la manipulación de polvos?

R: Los principales métodos de prevención de explosiones incluyen evitar las fuentes de ignición, controlar la acumulación de electricidad estática, evitar las mezclas aire-polvo en el rango explosivo, inertizar con nitrógeno/dióxido de carbono, venteo de explosiones y equipos eléctricos intrínsecamente seguros. También es fundamental un buen control y contención del polvo.

P: ¿Cómo se mitigan los riesgos de exposición de los trabajadores al polvo fino?

R: Las estrategias incluyen sistemas de transporte totalmente cerrados, ventilación de escape local, colectores de polvo, zonas aisladas para los operarios, cajas de guantes/contención de entrada/salida de bolsas, EPI como respiradores, controles de procedimiento sobre los tiempos de exposición y formación sobre los peligros.

P: ¿Qué pruebas críticas de control de calidad se realizan durante la fabricación de polvo?

R: Entre las pruebas importantes de las propiedades del polvo se incluyen el análisis del tamaño de las partículas, la morfología, la velocidad de flujo, el análisis de la densidad aparente/verdadera, el análisis de la humedad, la compresibilidad, la dispersión, la uniformidad de la mezcla, la composición química y la estabilidad. Estos parámetros determinan la procesabilidad y el rendimiento del producto.

P: ¿Cuáles son algunos consejos de expertos para seleccionar equipos de procesamiento de polvo?

R: Contrate pronto a proveedores cualificados, obtenga referencias de fuentes fiables, solicite demostraciones y muestras, valide las afirmaciones mediante pruebas, pida presupuestos a varios proveedores, evalúe las capacidades y la experiencia de los fabricantes de equipos originales, dé prioridad a los servicios de seguridad y asistencia, planifique las futuras necesidades de ampliación y tenga en cuenta los costes totales del ciclo de vida.

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