Trituração sob temperatura controlada, criotrituração e inertização: o trio vencedor para uma instalação eficiente

Três aplicações que utilizam gases industriais são fundamentais para o desempenho da sua instalação de trituração: o controlo da temperatura do produto ou das amostras de produto serem trituradas, a trituração a temperatura muito baixa (ou criotrituração) e a inertização.

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Estas técnicas eliminam muitos dos inconvenientes ou problemas clássicos encontrados na indústria aquando da trituração de um produto, como a produtividade, a qualidade e a segurança.
Este artigo descreve as principais vantagens dos gases industriais para uma trituração eficiente.

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As vantagens da inertização com azoto antes, durante e depois da trituração

A inertização consiste em substituir a atmosfera do ar por um gás inerte (azoto, dióxido de carbono, etc.).
Existem dois tipos de processos de inertização que têm objetivos diferentes, mas que podem funcionar de forma combinada com os processos de trituração.

1. A inertização de qualidade
Trata-se da utilização de um gás inerte, o azoto (N2) ou o dióxido de carbono (CO2) para remover a humidade e o oxigénio (O2) do ar à volta do produto de forma a limitar as oxidações.

2. A inertização de segurança
Consiste em utilizar um gás inerte para eliminar uma atmosfera explosiva ou quimicamente reativa. Ao diminuir a concentração de oxigénio abaixo do nível mínimo, o risco de inflamação ou explosão é eliminado.

A inertização pode ser utilizada em várias fases da produção de pó por trituração e, portanto, não apenas no próprio equipamento de trituração, mas também durante o armazenamento de matérias-primas a montante e a jusante do triturador aquando de transferências e/ou acondicionamentos de pós.

A inertização permite conservar perfeitamente o produto em pó e os seus princípios ativos, evitando, ao mesmo tempo, qualquer risco de inflamação ou explosão.

O azoto gasoso necessário para a inertização está naturalmente presente nas operações de moagem. De facto, durante a sua mudança de estado, o azoto liberta mais de 600 litros de gás expandido (a 15 °C sob 1 bar de pressão).

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As vantagens da trituração sob temperatura controlada e da criotrituração

O azoto líquido é um fluido criogénico líquido a -196 °C que armazena grandes quantidades de frigorias: na relação de 1 litro de azoto líquido para uma média de 80 quilocalorias.
Permite atingir temperaturas muito baixas (por exemplo, até -150 °C) que compensam a energia dissipada no triturador e/ou fragilizam os produtos a serem triturados.

  • Trituração sob temperatura controlada

A maior parte da energia utilizada para a trituração é convertida em calor através do motor (cerca de 97 %). É designada por "trituração sob temperatura controlada" a simples compensação do fornecimento de calor dissipado no triturador por injeção de um fluido criogénico. Este método tem vantagens essenciais:

Em termos de produtividade:
Ao utilizar a criogenia para eliminar o aquecimento excessivo durante a trituração

  • evita-se o entupimento dos filtros e a aglomeração do produto que pode parar a produção,
  • isto torna mais fácil a limpeza do equipamento,
  • o escoamento de pós é constante e, graças à eliminação do aquecimento, o fluxo de produção do triturador pode ser significativamente aumentado.

Em termos de qualidade:
Os materiais sensíveis ao calor não são danificados.
A granulometria das partículas obtidas é mais fina e homogénea. Também proporciona uma melhor reprodutibilidade ao longo do tempo, pois o princípio de controlo criogénico permite permanecer independente da temperatura externa ou da temperatura inicial do produto.

  • Trituração a baixa temperatura ou criotrituração

O processo de criotrituração ou trituração a baixa temperatura consiste em pré-arrefecer o produto introduzido no triturador:

  • abaixo da sua temperatura de fragilização (típica para plásticos, borracha, etc.)
  • ou abaixo de uma temperatura que permita manter a qualidade do produto triturado.

É utilizado em vários setores industriais como os plásticos, elastómeros, produtos químicos, tratamento e reciclagem de certos tipos de resíduos, plantas e produtos fitossanitários, produtos alimentares ou farmacêuticos, etc.

A criotrituração permite expandir a gama de substâncias que podem ser trituradas e preservar os aromas e princípios ativos.

Note-se que os produtos que contêm altos valores de água, óleo e gordura são mantidos num estado cristalino durante o processo e não podem migrar dentro da massa durante a trituração.

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Como integrar os fluidos criogénicos nas instalações de trituração?

A - Caso da trituração sob temperatura controlada

Para a trituração sob temperatura controlada, o azoto ou nitrogénio líquido é injetado no triturador através de um injetor montado na entrada do material a ser triturado. É associado um circuito de regulação baseado na temperatura do produto na saída do triturador.

Na maioria dos casos, o sistema pode ser montado diretamente num equipamento existente (embora se deva ter o cuidado de gerir a compatibilidade dos materiais que compõem o equipamento e que são frágeis a baixas temperaturas).

Existem outras soluções de fornecimento de frio para controlar a temperatura num triturador (ar refrigerado, permutador de água, etc.). Este não é o caso da criotrituração ou crio-moagem em que as temperaturas apenas podem ser alcançadas em criogenia. No entanto, a solução criogénica por si só combina:

  • uma grande potência de refrigeração disponível e a flexibilidade para ajustar esta potência às restrições de produção,
  • um investimento e custos de manutenção e equipamento muito baixos. A maior parte do custo do sistema em criogenia baseia-se no custo da molécula, pelo que é perfeitamente controlável.
 
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B - Caso da criotrituração

No caso da criotrituração, o azoto líquido pode ser injetado em vários pontos do processo. O primeiro passo é sempre pré-arrefecer o produto até à temperatura de fragilização das células antes de ser introduzido no triturador.
Para garantir este pré-arrefecimento, foram desenvolvidos vários componentes: uma tremonha, um parafuso sem-fim ou outros.
A escolha do dispositivo depende das características de escoamento do produto tratado, do espaço disponível, da altura, etc.

Esta temperatura deverá então ser mantida no equipamento de trituração através de injeções criogénicas adicionais.

A Air Liquide desenvolveu soluções e tecnologias inovadoras patenteadas nesta área que reduzem significativamente o consumo total de fluido criogénico para geração de atmosferas a temperatura controlada.

Além disso, existe o benefício adicional de inertizar com os gases industriais utilizados.

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