Optimización de sistema dosificador automático de aditivo alimentario comprimido empleando el método de elementos discretos (DEM)

Resumen

En la industria conservera existen diferentes métodos de dosificación de aditivo alimentario, siendo el más extendido el basado en líquido de gobierno, que consiste en verter una cascada de agua que aporta disuelto el aditivo. Este método es una técnica imprecisa en lo que a exactitud de la dosis se refiere, suele aportar impurezas dada la recirculación del líquido de gobierno y es agresiva con la maquinaria al mismo que tiempo que no es respetuosa con el medio ambiente. De este modo, surge como alternativa la dosificación automática de aditivo alimentario comprimido. Es un método de dosificación en seco preciso, limpio y eficaz, ya que los comprimidos siempre poseen la misma concentración de aditivo y no genera residuo. La complejidad del método reside, por un lado, en la compactación de las mezclas de aditivo y, por otro, en la propia dosificación ya que hay que conseguir una dosificación continuada y que respete la integridad de los comprimidos. Es por ello que surge esta tesis doctoral, para optimizar los requisitos de diseño del sistema dosificador, alcanzando un valor umbral de velocidad de serialización en comprimidos por minuto minimizando el grado de desgaste de los comprimidos. Para ello, se estudian diferentes configuraciones de funcionamiento del dispositivo, como son la variación de la inclinación del ángulo del depósito almacén, el cual alberga los comprimidos, y la velocidad de rotación de los álabes del sistema serializador de salida, que genera una hilera de comprimidos para su posterior deposición en una línea de envasado de botes de conserva. En el desarrollo de la presente tesis y para la consecución de los objetivos planteados en la misma, se emplea el método de los elementos discretos (DISCRETE ELEMENT METHOD, DEM) en la representación y simulación de los sistemas que componen la dosificación, ya que es una herramienta que reduce a nivel de partículas los sólidos granulares o particulados para estudiar su dinámica y permite entender como un conjunto el sistema complejo que forman las partículas como elementos distintos a la par que conocer el movimiento e interacciones de las partículas. Como punto de partida de las investigaciones llevadas a cabo, se obtienen diferentes modelos de comprimido de aditivo alimentario, compuesto por sal, en estado granular mediante compresión confinada, y se realizan diferentes baterías de simulaciones con diferentes tamaños de partícula con el objeto de estudiar los diferentes parámetros y variables físicas que interactúan en el proceso. Este proceso requiere definir las condiciones de simulación, así como interacciones entre partículas y modelos de contacto, con el fin de generar los enlaces entre partículas necesarios para que haya una cohesión de las mismas y conformen un comprimido homogéneo. Además, se estudian las fuerzas que intervienen en el proceso para determinar la bondad de los modelos junto con el número de enlaces que se generan en función del número de partículas y el radio de las mismas. Posteriormente, estos modelos de comprimido se incluyen en el sistema dosificador mencionado para su posterior análisis y validación. El efecto de la velocidad de serialización y el desgaste de los comprimidos se estudia en armonía con los diferentes modelos de comprimido generados, con el objetivo de ver su comportamiento, estudiar las fuerzas que sufren las partículas y la velocidad de serialización que se alcanza, para determinar cuál es la mejor combinación de variables y modelos de comprimido elegidos. Asimismo, se realiza la modificación de la geometría de los álabes serializadores testeando varias formas para tratar de identificar cual es la más respetuosa con la integridad de los comprimidos manteniendo los mismos criterios de dosificación.