Conminución: Técnicas y Equipos
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Introducción a la Conminución
La conminución se define como el proceso de reducción del tamaño de las partículas. Dentro de este proceso, existen dos subprocesos principales:
- Trituración: Conminución de materiales de gran tamaño hasta piezas pequeñas, como el carbón en la industria siderúrgica.
- Molienda o Pulverización: Proceso de conminución de un material hasta polvo (ej. sal).
Para utilizar materias primas, ya sean animales o vegetales, es necesario que el tamaño de las partículas esté definido. Como consecuencia, se obtiene un aumento del tamaño de la superficie del material, se logra un tamaño de partícula específico y se ayuda a liberar compuestos desde sus fuentes.
Tamaño de Partícula
En los procesos farmacéuticos, se necesitan partículas cuyo tamaño sea menor a 1000 μm. La USP clasifica cualquier tipo de polvo según su tamaño en:
- Muy grueso: partículas > 1000 μm
- Grueso: partículas entre 355 - 1000 μm
- Moderadamente fino: partículas entre 180 - 355 μm
- Fino: partículas entre 125 - 180 μm
- Muy fino: partículas entre 90 - 125 μm
Dureza de los Materiales
La dureza es la capacidad de un cuerpo de no dejarse penetrar o rayar por otro. Se clasifica en la escala de Mohs entre 1-10 (1: menos duro, 10: más duro, ejemplo: diamante - calcio).
Estructuras de los Sólidos
Por su estructura interna, los sólidos se clasifican en cristalinos y amorfos. En general, los cristales se clasifican en 6 sistemas cristalinos y se subdividen en 36 clases.
Polimorfismo
El polimorfismo es la capacidad de una sustancia para cristalizar en una o más formas cristalinas, dependiendo de la solubilidad en la sangre o del tracto gastrointestinal. El cambio de forma se produce por la estructura de resonancia. Los polimorfos poseen formas cristalinas diferentes, pero su estado líquido y de vapor son iguales. Un polimorfo metaestable tiene una mayor presión de vapor, alta energía libre, mayor solubilidad y un bajo punto de fusión que los polimorfos estables. El uso de un polimorfo metaestable es factible si la velocidad de transformación de la forma es lenta, aunque la forma de mayor estabilidad química sea la metaestable. Para algunos sólidos, la forma cristalina depende de la velocidad de enfriamiento.
Comportamiento de los Materiales en la Pulverización
Material elástico: Al aplicarle presión se transforma sin fracturarse, una vez retirada la fuerza, vuelve a su estado original. Si la presión aplicada es mayor a las fuerzas de atracción y si se disminuye la temperatura, se fracturará (comportamiento frágil irreversible).
Material plástico: Al aplicar presión se produce un deslizamiento de las moléculas, causando dislocación y recombinación en los enlaces, generando grietas.
Material frágil: Al aplicar presión se fractura. El rompimiento es un proceso independiente de la temperatura. La mayoría de los productos farmacéuticos poseen un comportamiento entre plástico y elástico.
Cristales Ideales
Pueden estar formados por átomos, iones o moléculas que forman caras perfectas (sin grietas). Existe equilibrio entre las fuerzas atractivas intermoleculares y las de repulsión. Al aplicarles una fuerza superior a la de atracción intermolecular, se produce desequilibrio (fractura).
Cristales Reales
Poseen imperfecciones debido a la pérdida de moléculas o iones. Fracturan más fácilmente que los cristales ideales, se les aplica menor fuerza mecánica. La fuerza para su conminución es menor que en los cristales ideales.
Conminución de una Partícula
Una partícula grande con más grietas fractura más fácil que una partícula pequeña con grietas. Pulverizar partículas finas requiere más energía (alta energía para agrietamiento). La presión se aplica en la zona de mayor curvatura y menor radio de la partícula. Esto produce una grieta que aumenta mientras la presión crece. A mayor profundidad de la grieta, menor fuerza hay que aplicar.
Tiempo de Conminución
Cualquier material puede molerse hasta tamaños ilimitados. A medida que transcurre la conminución, la fuerza mínima para causar fractura incrementa por la disminución del número de grietas. El exceso de velocidad en los molinos facilita la producción de finos.
Eficiencia de los Equipos
Durante la conminución, algunas partículas reciben presión insuficiente para su partición y otras la reciben en exceso. La deformación elástica de las partículas no fracturadas, el transporte del material en el molino, la fricción entre partículas, la fricción entre partículas y molino, la generación de calor, la vibración y el ruido, influyen en la eficiencia.
Mecanismos de Conminución
- Atrición: Desgaste superficial del material por fricción de partículas entre sí.
- Arrollado: Se tritura y pulveriza el material a través de unos rodillos.
- Torsión: Cizalla por torsión, doblamiento y flexión de los planos entre sí.
- Corte: La presión se aplica en puntos lineales.
- Compresión: Las fuerzas de presión se aplican en un solo punto. Este mecanismo es el que produce partículas más irregulares.
Equipos de Conminución
Los equipos de conminución están formados por tres partes: conducto de alimentación, mecanismo de molienda y conducto para la salida y recolección del material.
Cortador de Cuchillas
Compuesto por un cortador rotatorio al cual se le puede colocar más de 10 tipos de cuchillas, que giran a velocidades de 200 rpm. En su parte inferior posee un tamiz con el cual se controla el tamaño máximo de la partícula. El tamaño también está determinado por la distancia entre el rotor y las cuchillas estáticas. Estos molinos aplican la presión por medio de cuchillas en el área; estas penetran por deformación plástica produciendo una depresión angosta que, con ayuda del motor, corta y tritura. Están diseñados para triturar material fibroso, sintético, elástico y de origen vegetal. Produce partículas algo cúbicas. El material nunca debe exceder el tamaño de las cuchillas. Algunos poseen cuchillas giratorias cruzadas para triturar sólidos y también para mezclar fluidos.
Molino de Bolas
Recipiente cónico o cilíndrico en posición horizontal. El cilindro lleva bolas de acero inoxidable. La conminución se produce por impacto y atrición. Cuando el cilindro empieza a rotar, las bolas son empujadas por la fuerza centrífuga. La velocidad óptima se alcanza cuando las bolas forman un movimiento de cascada. Durante el movimiento se produce fricción entre las bolas y, al caer, impactan y fragmentan el material. Cuanto más grande es el molino, menor es la velocidad crítica.