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Modelos predictivos de compactación de polvo

La compactación de polvo, una técnica que se utiliza ampliamente en la fabricación de productos a partir de partículas de gran calidad, tiene una utilidad limitada en materiales muy sensibles al calor, como los polímeros. Un problema importante es el conocimiento incompleto del comportamiento termomecánico de estos materiales durante la compactación del polvo.
Modelos predictivos de compactación de polvo
Tanto la laminación como la compactación son procesos de fabricación continuos rentables con una generación reducida de residuos. Sin embargo, la acumulación de calor y la degradación subsiguiente de los materiales sensibles al calor limitan la aplicación de los procesos de compactación en la fabricación de productos de gran valor añadido.

Los investigadores del proyecto THERMOPC (Thermomechanical modelling of powder compaction), financiado por la Unión Europea, trabajaron para desarrollar modelos predictivos innovadores destinados a representar el comportamiento termomecánico de los materiales sensibles al calor durante la compactación de polvo.

Desarrollaron con éxito un modelo termomecánico basado en el método de elementos finitos para la compactación de polvo y la compactación por laminado. A continuación, se evaluaron cortadores de moldes con distintas formas.

Los resultados mostraron que la forma del cortador, la velocidad de compresión y la fricción en las paredes del molde afectan de forma importante al comportamiento de los polvos durante la compactación del molde. Entre los factores clave que se deben controlar para reducir la temperatura máxima de la tableta se encuentran la fricción en las paredes del molde y la velocidad de compresión. Estos hallazgos se han publicado en dos artículos.

Para la compactación por laminado, los investigadores estudiaron el efecto de la velocidad de laminado sobre la distribución de la temperatura en el material y observaron que, al aumentar la velocidad de laminado, la temperatura de la cinta aumentaba en los huecos más estrechos pero disminuía la densidad.

Las formulaciones farmacéuticas en polvo pueden sufrir una degradación térmica o cambios de cristalinidad durante la compactación. Puesto que conocer estas respuestas es crucial, el proyecto THERMOPC se centró en el estudio experimental del comportamiento de polvos de celulosa microcristalina de distintos grados durante su transformación en tabletas. Los resultados de las pruebas proporcionaron información importante sobre la dependencia de los cambios de temperatura con respecto a las propiedades de los materiales, la velocidad de compresión y la forma de la tableta.

En primer lugar, el estudio THERMOPC ha desarrollado modelos predictivos para determinar la respuesta térmica de los polvos a las condiciones del proceso de compactación. Estos robustos modelos predictivos deberían ser sumamente útiles para desarrollar nuevos productos, en especial en los sectores de fabricación de productos a partir de partículas.

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Palabras clave

Compactación de polvo, productos de partículas, materiales sensibles al calor, termomecánico, THERMOPC
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