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Explorar las partículas y los procesos de fabricación para aumentar el acceso a productos de alto valor

El proyecto financiado con fondos europeos IPROCOM combinó investigaciones experimentales con modelización predictiva matemática y basada en datos para dar con procesos idóneos y así generar productos de alto valor.
Explorar las partículas y los procesos de fabricación para aumentar el acceso a productos de alto valor
Muchos sectores industriales se valen en sus procesos de fabricación de materiales en partículas, tales como metales preciosos, productos farmacéuticos, sustancias químicas finas y polvos cerámicos. No obstante, en las primeras etapas de fabricación de un producto resulta imposible, mediante métodos experimentales convencionales, averiguar el rendimiento óptimo en sistemas a escala de obtención de productos de valor añadido (por ejemplo fármacos y catalizadores). Esto se debe a que la cantidad necesaria de polvos (superior a los cien kilos) tiene un coste elevado (superior a los diez mil euros por kilo). Al carecer de herramientas de modelización informática, los investigadores han de valerse de sistemas a escala o de laboratorio, lo cual añade el reto de ampliar posteriormente la escala hasta la de producción.

IPROCOM combinó la ingeniería química y de procesos, farmacéutica e informática para crear modelos de procesamiento informáticos a la compactación por laminado. En ellos se predice el rendimiento de los procesos de fabricación de varias formulaciones en función del conocimiento que se posee sobre todo el proceso de fabricación y sus productos constituyentes.

Un método sistemático para optimizar la fabricación

Las complicaciones inherentes de los procesos de fabricación supusieron todo un reto para el proyecto IPROCOM, tal y como resumió su coordinador, el profesor Chuan-Yu Wu: «Los polvos experimentan distintos estados de estrés y su respuesta mecánica varía en función de la fase del proceso en la que se encuentren. El equipo adoptó por tanto un método sistemático en el que estudió primero las propiedades de los productos intermedios (cintas y gránulos) y luego de los productos finales (tabletas, pelets y componentes) en función de las propiedades de cada partícula y de las formulaciones y las condiciones de procesamiento idóneas».

Durante el proyecto se estudiaron las características de partículas y polvos. Sus responsables identificaron los atributos críticos de los materiales (propiedades del material en partículas) que dominan las propiedades del polvo en grandes cantidades e investigaron y cuantificaron las dinámicas y las microestructuras de las mezclas. También analizaron el impacto en los procesos de fabricación de las propiedades del polvo, el tipo de compactador por laminado y los parámetros del proceso. Por último se estudió mediante un método multiescala el efecto de las propiedades de las cintas y los mecanismos de molienda en las propiedades de los gránulos.

En su labor se valieron de técnicas de modelización e informáticas, y se sirvieron del método de elementos discretos para estudiar los procesos de relleno, mezcla y alimentación de los polvos, así como los fenómenos de segregación, la uniformidad y la velocidad de flujo. En IPROCOM también se investigó cómo afectan las propiedades de las partículas y las condiciones del proceso al rendimiento de los polvos en la compactación por laminado. El método de elementos finitos sirvió para identificar las propiedades críticas de los materiales y los parámetros del proceso que rigen la calidad de los gránulos y las tabletas. A continuación se predijo mediante modelos la influencia de las propiedades de los gránulos y los parámetros del proceso sobre el relleno del molde, la compactación de los polvos y la extracción del producto.

Los responsables de IPROCOM también propusieron un modelo de inteligencia computacional con el que se amplió el conocimiento que se posee sobre temas como la mezcla de polvos para identificar propiedades de partícula cruciales y variables críticas de procesos; los procesos de compactación por laminado y las propiedades críticas de los polvos, los procesos de molienda de cintas y la compactación de los moldes para identificar propiedades críticas de materiales y condiciones de procesamiento.

Dar con la fórmula ideal

Tal y como explicó el profesor Wu: «IPROCOM permitió evaluar varias técnicas de procesamiento e identificó las que se adaptan en mayor medida a las respuestas mecánicas dominantes de los polvos durante los procesos de fabricación». El proyecto señaló la importancia del diseño de control de procesos en la compactación por laminado, información que LB Bohle, uno de los socios, ya ha aprovechado para mejorar su rendimiento considerablemente. La modelización combinada mediante método de elementos discretos y método de elementos finitos reveló por vez primera los mecanismos que subyacen a la variación en la densidad de las cintas, información que puede utilizarse para prever con precisión los procesos de compactación por laminado. Cabe añadir que los modelos de inteligencia computacional generados poseen una naturaleza genérica y por tanto ofrecen un gran potencial para aplicaciones en distintos sectores como la liberación de fármacos o la fabricación continua.

La reducción de los costes de desarrollo de productos de alto valor, y en consecuencia de su precio en el mercado, aumentará la variedad de productos que se comercializarán en Europa. Tal y como explicó el profesor Wu: «Supone una situación harto beneficiosa para la salud y el bienestar si se aplican los resultados a la industria farmacéutica, pues permite fabricar medicamentos nuevos con mayor rapidez y menor coste».

Palabras clave

IPROCOM, fabricación, ingeniería química, modelización informática, compactación, materia en partículas, ingeniería de procesos, ingeniería farmacéutica, procesos informáticos, productos de alto valor
Número de registro: 190986 / Última actualización el: 2017-02-01
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