El traslado de polvos y otros materiales a granel desde el nivel del suelo hacia arriba —para introducirlos en una tolva, alimentador, mezclador, reactor u otro destino— se sitúa entre las aplicaciones de transferencia de materiales más habituales. Sin embargo, seleccionar la solución idónea para mover el material desde un punto A (inferior) hasta un punto B (superior) —de entre la amplia variedad de opciones de transporte disponibles— a menudo desconcierta incluso a los profesionales experimentados en la manipulación de polvos; especialmente a aquellos que se encuentran bajo la presión de priorizar simultáneamente la seguridad, el rendimiento, la automatización, el control del polvo, la prevención de la contaminación, la facilidad de uso y la optimización de costos. Cada método de transporte ofrece capacidades y características distintivas que, o bien respaldan su idoneidad para una aplicación específica de elevación e introducción, o bien lo descartan por considerarlo ineficiente, ineficaz o incluso francamente peligroso.
En muchas plantas de producción de los sectores alimentario, químico, farmacéutico y otros, el tipo de instalación más común para el traslado vertical de materiales sigue implicando que un trabajador cargue sacos de polvos, gránulos y otros materiales a granel, suba con ellos por escaleras hasta un entresuelo (o por una escalera de mano) y, posteriormente, vierta los sólidos secos en una tolva de alimentación, un alimentador o directamente en un tanque, mezclador o reactor. Aunque este enfoque manual resulta sencillo y, en apariencia, económico, conlleva graves riesgos para la salud y la seguridad; riesgos que, según se ha demostrado, derivan en costosas reclamaciones de indemnización por accidentes laborales y exponen a la empresa a responsabilidades legales.
Transportar al hombro sacos de harina o azúcar de 50 libras (aprox. 22,7 kg) mientras se suben escaleras genera un alto riesgo de resbalones, tropiezos, caídas, lesiones de espalda y una variedad de otros problemas de índole ergonómica. El vaciado del saco y la carga manual de los materiales en la tolva o en el puerto de entrada a menudo exponen al trabajador al contacto directo con el material, ya sea en forma de nube de polvo en suspensión o como una capa de polvo que cubre su indumentaria. Si se manipulan polvos inflamables o polvos combustibles, una descarga electrostática —provocada por la fricción generada al deslizarse el polvo durante el vaciado de los sacos— se convierte en una amenaza real capaz de desencadenar una explosión. Asimismo, la introducción del material en una mezcla o un líquido ya existentes conlleva riesgos de exposición a vapores y puede generar un peligroso efecto de salpicadura. Cualquier sistema de transporte que automatice este proceso de transferencia de materiales elimina, por su propia naturaleza, los numerosos riesgos de seguridad que acechan intrínsecamente a los métodos de manipulación manual, propiciando así un entorno laboral considerablemente más seguro.
Además de proteger a los trabajadores de la exposición al material, puede resultar igualmente importante proteger el material de la exposición a los trabajadores y al propio entorno de trabajo. Muchos materiales son sumamente sensibles al contacto con el aire o la humedad; incluso una exposición breve durante el proceso de transferencia y carga puede comprometer sus propiedades materiales. Por ejemplo, el ácido ascórbico (vitamina C) pierde sus capacidades antioxidantes, la pectina pierde su capacidad gelificante, algunos polímeros comienzan a curar prematuramente y ciertos polvos —tales como el almidón de maíz, la proteína de suero, la lecitina y la leche en polvo— se aglomeran con gran facilidad, lo cual puede afectar negativamente su fluidez y alterar la forma en que los ingredientes interactúan dentro de la receta.
Algunas aplicaciones requieren la medición o dosificación de materiales en un proceso, lo cual puede representar una tarea especialmente compleja para los operarios encargados de vaciar manualmente los materiales de las bolsas. La carga de ingredientes menores y/o microingredientes en una mezcladora, por ejemplo, exige a menudo prestar especial atención a su correcta dispersión para garantizar que se alcance la homogeneidad deseada. Una carga errática o unas mediciones manuales imprecisas pueden dejar ingredientes clave sin mezclar en el producto final, el cual, en última instancia, deberá ser descartado como residuo. La diversidad de materiales, recetas, objetivos de producción y la miríada de aplicaciones de transferencia y carga —sumadas a los desafíos que conlleva la manipulación manual de polvos— han propiciado el desarrollo de una amplia gama de soluciones de transporte, diseñadas para asignar el sistema de transporte idóneo a cada aplicación específica.
Si bien la seguridad de los trabajadores y el control de la contaminación suelen ser factores determinantes en la decisión de pasar de un proceso manual de transferencia de materiales a un sistema de transporte automatizado, el principal motor que justifica la inversión suele ser el rendimiento de producción. A medida que las empresas crecen y necesitan escalar sus operaciones —o cuando la demanda de los consumidores por un producto regional de nicho se dispara a nivel nacional—, el método manual simplemente no logra satisfacer el mayor volumen de producción requerido. Considere, por ejemplo, el caso de un ingeniero de procesos en una empresa fabricante de productos nutricionales, quien necesita transferir grandes cantidades de proteína en polvo desde la salida situada bajo una mezcladora o secadora, elevándolas hasta depositarlas en la tolva adyacente, ubicada sobre una máquina vertical de formado, llenado y sellado dentro de una línea de envasado. Para ello, podrían resultar adecuados varios métodos de transporte diferentes:
El tradicional transportador de cinta puede utilizarse para transferir polvos a velocidades de hasta 100 toneladas por hora, siempre que se emplee una cinta lo suficientemente ancha que opere a una velocidad adecuada. Este sistema destaca especialmente en la transferencia de materiales con una alta densidad aparente, tales como cemento, aluminio y sal, en el contexto de operaciones mineras. En el caso específico de la proteína en polvo, para elevarla desde el nivel del suelo —bajo la mezcladora— hasta la tolva de la máquina de llenado contigua, un transportador de cinta requeriría una pendiente tan pronunciada que provocaría que el polvo se deslizara hacia abajo y se cayera de la cinta. Alternativamente, para evitar este inconveniente, se podría optar por una longitud de transporte mucho mayor que permitiera una pendiente más suave; sin embargo, esto exigiría una distancia excesiva que resultaría inviable para la aplicación en cuestión.
El elevador de cangilones sobresale en la transferencia vertical de materiales a granel y, por consiguiente, suele ser la opción especificada para adaptarse a espacios con restricciones de tamaño muy estrictas. Este sistema se compone de una serie de cangilones (cubetas) abiertos, fijados a una cinta o cadena, que elevan el material hasta la altura deseada para luego descargarlo en la parte superior. Al igual que los transportadores de cinta abiertos, los elevadores de cangilones exponen el material que se está transfiriendo al ambiente exterior durante la totalidad del proceso operativo. Si bien esto no descarta de inmediato su uso para todo tipo de productos alimenticios, el riesgo de contaminación —derivado de la humedad, el contacto con el aire, la interacción con los trabajadores o la presencia de lubricantes en las cadenas—, sumado a las dificultades en el control de plagas y el riesgo de derrames del producto, sugieren que este sistema podría no ser el ideal para procesos que exigen un entorno sanitario riguroso. En el presente caso —la transferencia de proteína en polvo destinada al consumo humano—, el ingeniero de procesos debe evaluar esta falta de contención del material a la luz de los estrictos niveles de limpieza e higiene que la normativa exige. Además, la tarea de limpiar cada uno de los cangilones de forma individual durante los cambios de producto representa un desafío que consume una cantidad considerable de tiempo. Transportador de tornillo flexible
Si es necesario evitar la exposición al aire libre, ¿qué tal un enfoque cerrado que reduzca el riesgo de contaminación? Un transportador de tornillo flexible es un ejemplo de un método cerrado para la transferencia de materiales. Este sistema de manipulación de materiales a granel traslada los materiales desde una tolva situada a nivel del suelo, haciéndolos ascender a través de un tornillo transportador giratorio alojado dentro de un tubo de plástico, para descargarlos en la parte superior. Esto ayuda a prevenir la exposición a la contaminación durante la transferencia, aunque la carga del material en la tolva suele realizarse manualmente y puede generar una nube de polvo, dependiendo del material en cuestión. Puede mover materiales horizontalmente o en pendiente para adaptarse a limitaciones de espacio; sin embargo, a menudo requiere ser instalado en un ángulo específico —cercano a los 45 grados— para lograr una transferencia eficiente con cualquier caudal razonablemente alto. Cuanto más pronunciada sea la pendiente, mayores dificultades presentará este tipo de transportador al trasladar mezclas y/o materiales con una amplia distribución del tamaño de partícula. Además, una cierta cantidad de material debe permanecer en el tornillo una vez que la tolva se ha vaciado y el material ha sido descargado. Aunque la pérdida de producto pueda ser mínima, esto genera un problema de limpieza y saneamiento que debe evitarse.
¿Qué tal una alternativa de transporte que sea cerrada —para el control de la contaminación— pero que también sea capaz de transferir materiales en una variedad de ángulos (incluyendo la verticalidad) e incluso, si fuera necesario, sorteando esquinas? Un transportador tubular de arrastre ofrece un sistema de transporte cerrado que utiliza un circuito continuo de cable o cadena, provisto de discos acoplados, alojado dentro de un tubo. A medida que el cable o la cadena se desplaza, arrastra consigo los discos, los cuales transportan los materiales a granel hacia arriba y hasta su destino final.
Este transportador mecánico ofrece una transferencia suave para productos sensibles, permite incorporar diversas curvas y giros, y puede utilizarse en operaciones que exigen condiciones sanitarias. Si bien cumple con varios de los requisitos críticos de nuestro sistema de transferencia de proteínas en polvo, al tratarse de un sistema mecánico, el transportador tubular de arrastre podría tener dificultades para alcanzar la velocidad y el caudal de producción requeridos.
Un transportador neumático por vacío utiliza una bomba de vacío para generar presión negativa que aspira polvos, gránulos, pellets e incluso componentes pequeños desde el punto de recogida, a través de una tubería cerrada, hasta el punto de descarga. Al tratarse de un sistema sellado, el transporte por vacío ofrece contención para proteger contra la contaminación del producto, evitar la exposición de los trabajadores al material en proceso (así como el contacto directo con este) y eliminar el riesgo de presencia de polvo molesto en el entorno laboral. Al carecer de correas, cadenas, cables u otras piezas mecánicas, este método reduce la fricción, lo que permite una transferencia de materiales a alta velocidad y un elevado rendimiento, con la opción de operar en fase densa o fase diluida. El material fluye de manera automática y constante, ya sea como un flujo continuo o mediante suaves pulsos, con el fin de preservar la integridad de las partículas. Asimismo, se elimina el tiempo de inactividad de la línea destinado al mantenimiento de piezas mecánicas sujetas a desgaste, así como cualquier inquietud respecto al posible contacto del producto con lubricantes, grasas o componentes metálicos.
Los transportadores por vacío que emplean tuberías flexibles pueden adaptarse a espacios reducidos y transferir materiales de manera eficaz a través de pendientes verticales y de múltiples curvas y codos hasta llegar al punto de descarga. En el caso de ejemplo de la transferencia de polvo de proteína desde una mezcladora hacia una tolva de almacenamiento, el transporte neumático por vacío ofrece el alto rendimiento, la suavidad en el traslado y la contención del producto requeridos; además, permite configurar ángulos pronunciados y disposiciones verticales que se ajustan a espacios estrechos. Este sistema destaca en procesos sanitarios y mejora sustancialmente la eficiencia y la seguridad de los trabajadores en comparación con los métodos manuales. Cualquier riesgo asociado a la transferencia de polvos combustibles peligrosos o materiales inflamables queda prácticamente eliminado.
Además, los sistemas de transporte por vacío estándar (listos para su uso) se adaptan a una amplia variedad de aplicaciones con una personalización mínima o nula. Por lo general, los trabajadores con escasos conocimientos técnicos pueden gestionar el proceso de instalación y operar el sistema sin necesidad de asistencia de ingeniería externa.
La contraparte del transporte por vacío —el transporte neumático por presión positiva— utiliza aire comprimido para impulsar los materiales a través de tuberías o conductos, trasladándolos de un punto a otro en lugar de aspirarlos desde el extremo de descarga mediante una bomba de vacío. Este método ofrece un transporte fluido, suave y contenido —ya sea en fase densa o diluida—, comparable al transporte por vacío. A menudo se especifica su uso cuando es necesario transferir materiales a largas distancias y a un alto rendimiento, cuando el espacio disponible permite la instalación de grandes depósitos de envío y cuando la eficiencia energética no constituye una prioridad absoluta. En el contexto de la instalación para el transporte de polvo de proteína, es probable que este método de transporte neumático se considere una solución sobredimensionada o excesivamente compleja. Retorno de la inversión en sistemas de transporte
A partir de este análisis de los sistemas de transporte utilizados para transferir materiales a granel —elevándolos e introduciéndolos en equipos de procesamiento o envasado—, resulta evidente que existen diversos enfoques que podrían emplearse para satisfacer los requisitos de la aplicación; no obstante, algunos resultan más eficientes y eficaces que otros. Al asumir erróneamente que un enfoque automatizado resulta excesivamente costoso, a muchos gerentes les resulta fácil pasar por alto los gastos ocultos inherentes a los procesos manuales de alta intensidad laboral. Por ejemplo, según el Consejo Nacional de Seguridad (National Safety Council), los desembolsos derivados de una sola reclamación de compensación laboral por resbalones, tropiezos o caídas en los Estados Unidos ascienden, en promedio, a 49.971 dólares. El coste de una sola lesión podría superar con creces la inversión necesaria para actualizarse a prácticamente cualquiera de los sistemas de transporte descritos, dependiendo de la aplicación específica. Si se tienen en cuenta, además, las mejoras inmediatas en eficiencia, productividad y calidad, así como el ahorro en costes de mano de obra, queda demostrado que la automatización del proceso de transferencia de materiales genera un retorno de la inversión en un plazo de recuperación relativamente breve.
David Nichols es Ingeniero de Ventas Sénior en Volkmann USA. La empresa diseña y fabrica sistemas neumáticos de transporte por vacío, alimentadores vibratorios con pesaje y otros equipos de procesamiento. Para más información, llame al 609-265-0101 o envíe un correo electrónico a [email protected].
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