Estudio de parámetros de escalado para la fabricación de emulsiones cosméticas en equipos de agitación y mezcla con geometrías diferentes

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(1)IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. ESTUDIO DE PARAMETROS DE ESCALADO PARA LA FABRICACION DE EMULSIONES COSMETICAS EN EQUIPOS DE AGITACION Y MEZCLA CON GEOMETRIAS DIFERENTES. NATALIA CIENDUA VANOY SANDRA MILENA RINCON LOPEZ. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE REOLOGÍA BOGOTÁ D.C. 2008. 1.

(2) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. ESTUDIO DE PARÁMETROS DE ESCALADO PARA LA FABRICACION DE EMULSIONES COSMETICAS EN EQUIPOS DE AGITACION Y MEZCLA CON GEOMETRÍAS DIFERENTES. NATALIA CIENDUA VANOY SANDRA MILENA RINCON LOPEZ. PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE Ingeniero Químico. Asesores OSCAR ALBERTO ALVAREZ Ph D.. CLAUDIA BOLAÑOS Departamento de Transferencia y Tecnología, cuidado personal BELCORP S.A. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA DE REOLOGÍA BOGOTÁ D.C. 2008. 2.

(3) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. TABLA DE CONTENIDOS. 1. INDICE DE TABLAS.……………………….………………………………..….………..……...…5 2. INDICE DE GRAFICAS.…………………….…………………………………………….……..…6 3. INDICE DE ANEXOS………………………….………………………………….……….….........8 4. INTRODUCCION……………………………………………………………….………….……......9 5. OBJETIVOS…………………………………………………………………………………..….....10 5.1. Objetivo General……………………………………………………………………………....10 5.2. Objetivos Específicos…………………………………………………………………..….....10 6. MARCO TEORICO…………………………………………………………………………..…....11 6.1. Emulsiones………………………………………………………………………………..…...11 6.1.1.. Definición……………………………………………………………………………..11. 6.1.2.. Clasificación………………………………………………………………………….11. 6.1.3.. Reología……………………………………………………………………………...13. 7.1.3.1 Mediciones reológicas………………………………………………………….14 7.1.3.2 Análisis de pruebas reológicas.…………………………………………..……16 6.2. Emulsiones cosméticas………………………………………………………………………17 6.2.1.. Cuidado personal……………………………………………………………………18. 6.3. Estabilidad……………………………………………………………………………………..19 6.3.1.. Preservación de la emulsión……………………………………………………….20. 6.4. Proceso de escalado…………………………………………………………………….…...21 6.4.1.. Mezclado……………………………………………………………………………..21. 6.4.2.. Curvas de potencia………………………………………………………………….23. 6.4.3.. Factores de escalado……………………………………………………………….24. 3.

(4) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 6.4.4.. Escalado en sistemas de mezclado de líquidos………………………………….25. 7. MATERIALES Y METODOLOGIA…………………………………………………………….....27 7.1. Materiales………………………………………………………………………………………27 7.2. Equipos para fabricación……………………………………………………………………..27 7.3. Equipos para análisis Reológico………………………………………………………….....29 7.4. Otros Equipos………………………………………………………………………………....30 7.5. Metodología……………………………………………………………………………………30 8. RESULTADOS Y DISCUSION…………………………………………………………………...35 8.1. Experimentación preliminar……………………………………………………………….....35 8.2. Experimentación………………………………………………………………………………44 9. CONSLUSIONES……………………………………………………………………………….....53 10. REFERENCIAS…………………………………………………………………………………….54 11. ANEXOS…………………………………………………………………………………………….57. 4.

(5) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 1. INDICE DE TABLAS. Tabla 1. Composición básica de una emulsión limpiadora……………………………………………..18 Tabla 2. Composición típica de una emulsión para tratamiento……………………………………….19 Tabla 3. Condiciones generales para las mediciones…………………………………………………..30 Tabla 4. Velocidades de agitación utilizadas en el equipo UNIMIX SRC 500………………………..32 Tabla 5. Tiempos de análisis desde fabricación…………………………………………………………32 Tabla 6. Rangos mediciones reológicas………………………………………………………………….33 Tabla 7. Velocidades utilizadas para la Fabricación de shampoo……………………………………..35 Tabla 8. Velocidades de operación para cada fase……………………………………………………..36 Tabla 9. Tiempos de análisis desde fabricación del lote industrial de acondicionador Be Sexy Liso®………………………………………………………………………………………………………….49. 5.

(6) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 2. INDICE DE GRAFICAS. Gráfica 1. Curva característica de un barrido en estado estacionario viscosidad vs tasa de corte………………………………………………………………………….………………………………..15 Gráfica 2. Curva característica de un barrido en esfuerzo G’ y G’’ vs esfuerzo oscilatorio….…......15 Gráfica 3. Curva característica de un barrido en frecuencia G’ y G’’ vs frecuencia angular………..16 Gráfica 4. Po vs Número de Reynolds………………………………………………………………..….24 Gráfica 5. Vista lateral del Equipo Fryma Koruma……………………………………………………....28 Gráfica 6. Equipo EKATO SYSTEMS UNIMIX SRA 500…………………………………………...….29 Gráfica 7. Parámetro m de la Ley de potencia para el acondicionador Be Sexy Liso®……….……38 Gráfica 8. G’ obtenido en el barrido en esfuerzo para el acondicionador Be Sexy Liso®………….38 Gráfica 9. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones naturales Fase I……….…......40 Gráfica 10. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones Aceleradas Fase I…...……..40 Gráfica 11. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones naturales Fase II……...…….41 Gráfica 12. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones Aceleradas Fase II………….41 Gráfica 13. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones naturales Fase I……………….…….42 Gráfica 14. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones aceleradas Fase I…………….…......42 Gráfica 15. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones naturales Fase II……………….…….43 Gráfica 16. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones aceleradas Fase II…………..……….43 Gráfica 17. Parámetro m de la ley de potencia para el acondicionador Docile Sponge Control®……………………………………………………………………………………………...……….45 Gráfica 18. G’ obtenido en el barrido en esfuerzo para el acondicionador Docile Sponge Control®………………………………………………………………………………………………………45 Gráfica 19. Acondicionador Docile Sponge Control®: Viscosidad condiciones naturales..………...47 Gráfica 20. Acondicionador Docile Sponge Control®: Viscosidad condiciones Aceleradas..……...47 Gráfica 21. Acondicionador Docile Sponge Control®: pH condiciones naturales……………..….....48. 6.

(7) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Gráfica 22. Acondicionador Docile Sponge Control®: pH condiciones aceleradas…………….......48 Gráfica 23. Acondicionador Be Sexy Liso® Lote Industrial: Viscosidad condiciones naturales......50 Gráfica. 24.. Acondicionador. Be. Sexy Liso®. Lote. Industrial:. Viscosidad. condiciones. aceleradas………………………………………………………………………………………………...….51 Gráfica 25. Acondicionador Be Sexy Liso® Lote Industrial: pH condiciones naturales…………….51 Gráfica 26. Acondicionador Be Sexy Liso® Lote Industrial: pH condiciones aceleradas……...…..52. 7.

(8) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 3. INDICE DE ANEXOS. Anexo1. Especificaciones del producto…………………………………………………………………..58 Anexo 2. Protocolos de fabricación……………………………………………………………………….59 Anexo 3. Dimensiones de los equipos……………………………………………………………………60. 8.

(9) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 4. INTRODUCCION. La fabricación de nuevos productos en la industria es necesariamente precedida por un proceso de desarrollo en el cual se evalúan y ajustan variables de formulación y de proceso hasta obtener el producto deseado. Este corresponde a un proceso gradual en el que se somete el producto a la fabricación en diferentes escalas hasta finalmente obtenerlo en escala industrial. En cada una de las etapas del proceso de desarrollo es necesario identificar factores de corrección que permitan mantener las propiedades óptimas del producto a través de todo el proceso. Estos factores reciben el nombre de factores de escalonamiento o escalado y representan una herramienta bastante útil para la productividad de una empresa. Por lo anterior, el ideal es poder establecer factores de escalado generales y robustos,. es decir que sean. aplicables a diversos productos. La empresa Belcorp S.A., está interesada en introducir una etapa más en el proceso de desarrollo y producción de shampoo y acondicionador en el paso de planta piloto a planta industrial, con el fin de reducir tiempo y costos que se generan a partir del proceso de experimentación (ensayo y error) que se realiza a gran escala. El equipo que se implementará en esta etapa será el Fryma Koruma tipo MaxxDD® con capacidad de 160 L. Este corresponde a un sistema nuevo con geometría diferente a los sistemas hasta ahora utilizados en planta piloto y en planta industrial (Unimix ®). El objetivo del proyecto es evaluar la efectividad del parámetro de escalado entre equipos de menor capacidad en la planta piloto, el Fryma Koruma® y la planta industrial, determinando la utilidad de la implementación de esta nueva etapa en el proceso.. 9.

(10) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 5. OBJETIVOS. 6.1. Objetivo General. Evaluar el parámetro de escalado, velocidad periférica constante, establecido en la primera fase del proyecto Fryma Koruma [1] para la fabricación de diferentes productos de línea en equipos con geometría diferente.. 6.2. Objetivos Específicos. -. Verificar la validez del parámetro de escalado (velocidad periférica constante) para la fabricación de diferentes Acondicionadores en el equipo Fryma Koruma.. -. Verificar la validez del parámetro de escalado (velocidad periférica constante) para la fabricación del shampoo ―Be Sexy Liso‖ en el equipo Fryma Koruma.. -. Evaluar la aplicabilidad en planta industrial (equipos Unimix) del parámetro de escalado establecido en planta piloto (equipo Fryma Koruma).. -. Realizar un análisis de estabilidad en función del tiempo para los productos fabricados en Fryma Koruma y en Unimix de planta industrial.. 10.

(11) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 7. MARCO TEORICO. 7.1. Emulsiones 7.1.1.. Definición. Es la mezcla heterogénea de dos o más líquidos inmiscibles, donde uno se dispersa en gotas (fase interna o discontinua) sobre el otro (fase externa o continua), presentando cierta estabilidad respecto a la coalescencia de las gotas entre sí (unión de pequeñas gotas que forman una más grande) debido a la presencia de una tercera sustancia llamada emulsionante que es en general un surfactante [2].. La palabra emulsión se ha usado para diferentes tipos de sistemas entre los cuales se encuentran: las macroemulsiones que se refieren a dispersiones líquido en líquido con un tamaño de gota en el rango 1-100 µm sensibles a la gravedad (sedimentan de acuerdo a la ley de Stokes); Miniemulsiones son sistemas que contienen gotas muy pequeñas (por ejemplo de 100Å) y están estabilizadas por el término entrópico de la energía libre; y Biemulsión que es la mezcla de dos emulsiones semejantes con fase continua idéntica o compatible (dos tipos de gota dispersados en una misma fase continua) [2].. Se usa la nomenclatura inglesa para definir las emulsiones agua-aceite o viceversa, debido a que en español las dos palabras empiezan por la misma letra. Los dos líquidos se denominan: agua W (water) y aceite O (oil).. 7.1.2.. Clasificación. De acuerdo a la naturaleza (agua o aceite) y al número de fases componentes de la emulsión, es posible clasificarlas en: emulsiones directas, emulsiones inversas y emulsiones múltiples.. 11.

(12) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Las emulsiones directas son formadas por gotas de aceite dispersas en agua y reciben el nombre de O/W (oil in water). Las emulsiones inversas se llaman W/O y constan de gotas de agua dispersas en aceite. Existen emulsiones múltiples donde hay más de dos componentes y dos de ellos son miscibles o compatibles conservando solo dos fases en la emulsión pero una parte de la fase continua se encuentra dispersa en forma de pequeñas gotas dentro de las gotas de la fase discontinua. Por ejemplo, se usa la nomenclatura W/O/W para una emulsión múltiple del tipo aguaen-aceite-en-agua. Es posible que las pequeñas gotas que están en las gotas de la fase discontinua estén compuestas de un líquido diferente al de la fase continua, en ese caso la nomenclatura seria W 1/O/W 2, donde el subíndice 1 se refiere al líquido que compone las gotas pequeñas dentro de las gotas de fase discontinua, mientras el subíndice 2 indica la fase continua [2].. Aunque tanto las emulsiones directas como las inversas son igualmente comunes en la industria, las más estudiadas han sido las emulsiones directas. Existe una gran cantidad de información acerca de la formulación, el proceso de elaboración, la estabilización y el comportamiento reológico de estas emulsiones. Algunos de estos ejemplos se encuentran en las referencias [3][4][5][6]. Autores como Rajinder Pal por ejemplo, ha enfocado sus estudios en la descripción de las propiedades reológicas de emulsiones O/W con diferentes niveles de concentración [7][8]. Sus últimos estudios se han enfocado en las emulsiones múltiples [9].. En cuanto a las emulsiones inversas, se han encontrado estudios enfocados principalmente en la influencia de factores como aditivos, concentración de la fase dispersa y temperatura, en el comportamiento reológico de estas [10][11][12]. De igual forma existen estudios en los que se analiza la influencia en las propiedades de la emulsión, de los electrolitos presentes en la fase acuosa [13].. 12.

(13) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 7.1.3.. Reología. La reología hace referencia al estudio del comportamiento de los materiales (fluidos o sólidos) al ser sometidos a un esfuerzo. Los fluidos se clasifican principalmente en newtonianos y no newtonianos. Los fluidos newtonianos muestran un comportamiento lineal entre el esfuerzo cortante y la tasa de corte o velocidad de cizallamiento. . La fuerza aplicada por unidad de. líquido es el esfuerzo cortante 𝜏 el cual según la ecuación de Newton esta dado por: 𝜏 = 𝜂 ∗ 𝛾, donde ɳ es la viscosidad del líquido. Por otro lado un fluido no newtoniano es aquel en el que la relación entre el esfuerzo cortante 𝜏 y la tasa de corte. no es lineal. El comportamiento de. fluidos no newtonianos está caracterizado por la variación de la viscosidad ante una variación en el esfuerzo cortante. Estos pueden ser dependientes o independientes del tiempo de aplicación de este esfuerzo y según esto se clasifican en: tixotrópicos o reopécticos si son dependientes; y pseudoplasticos o dilatantes si son independientes [14].. La reología puede dar información acerca de las interacciones (repulsivas o atractivas) entre las gotas presentes en la emulsión, además es aplicable de manera cuantitativa (esfuerzo cortante, fuerzas de tensión, módulos elásticos, etc.) sabiendo la naturaleza de estas fuerzas de interacción. Por otro lado, esta puede ser usada de manera cualitativa (tamaño de gota, propiedades organolépticas, etc.) en el estudio del comportamiento de las emulsiones durante su almacenamiento. Este estudio anteriormente mencionado, recibe el nombre de estudio de estabilidad [15].. Un ejemplo de la reología aplicada a la industria cosmética se puede observar en emulsiones que presentan comportamiento plástico, es decir que su viscosidad comienza a disminuir una vez se supere el esfuerzo de cizallamiento máximo (esfuerzo crítico) que resista la muestra. Este efecto se observa en el momento de aplicar una crema el cual implica un aumento en la velocidad. 13.

(14) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. cizallamiento hasta superar el esfuerzo crítico físicamente representado en la fluidez del producto al ser esparcido sobre la piel [16].. 7.1.3.1. Mediciones reológicas [16]. Los fluidos se pueden describir en términos de la deformación elástica y viscosa que presenten al ser sometidos a fuerzas externas. La deformación se define como ―el desplazamiento relativo de elementos del material sin que la cohesión del modelo se destruya‖ [16]. En general en los fluidos la velocidad de deformación más que la deformación en sí misma, es proporcional a la fuerza aplicada. Los fluidos ideales o newtonianos presentan comportamientos viscosos, es decir que su grado de deformación es irreversible ya que la energía de deformación introducida al sistema se convierte en calor y se pierde. Los modelos reales por su parte presentan comportamientos viscoelásticos ya que al retirar la carga a la que son sometidos, una parte de la energía adicionada es utilizada por el fluido para volver al estado original y otra parte se disipa en forma de calor.. Las mediciones reológicas se dividen básicamente en dos tipos: mediciones estacionarias y mediciones dinámicas, según el tipo de rotación del sistema de medición. Para las mediciones estacionarias, los diferentes sistemas de medición giran en una sola dirección deformando el material mediante la rotación continua, generando valores de velocidad o torque que permiten calcular la viscosidad dinámica. Este es el caso de la prueba realizada para flujo en estado estacionario. En la Gráfica 1 se observa una curva estándar resultado de esta prueba. Con el fin de realizar un análisis dinámico, se realizan pruebas de oscilación las cuales someten el material a un esfuerzo de deformación oscilatoria. Estas pueden ser: barrido en esfuerzo (Gráfica 2), barrido en tensión y barrido en frecuencia (Gráfica 3) entre otras. Para el barrido en esfuerzo o el barrido en tensión, la frecuencia seleccionada determina el periodo de oscilación: entre más grande sea la frecuencia el periodo de oscilación es menor. Los parámetros reológicos de los materiales viscoelásticos G´y G´´, son usualmente dependientes de la frecuencia.. 14.

(15) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Viscosidad Viscosidad. Viscosidad (Pa*s). 10000 1000 100 10 1 0,1 1,00E-03. 1,00E-02. 1,00E-01. 1,00E+00. 1,00E+01. 1,00E+02. Tasa de Corte (1/s) Gráfica 1. Curva característica de un barrido en estado estacionario viscosidad vs tasa de corte.. Barrido en Esfuerzo G'. G''. 1000. G (Pa). 100 10 1 0,1 1,00E-03. 1,00E-02. 1,00E-01. 1,00E+00. 1,00E+01. 1,00E+02. Esfuerzo Oscilatorio (Pa) Gráfica 2. Curva característica de un barrido en esfuerzo G’ y G’’ vs esfuerzo oscilatorio.. 15.

(16) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Barrido en Frecuencia G'. G''. G (Pa). 1000. 100. 10 0,01. 0,1. 1. 10. 100. Frecuencia Angular (rad/s) Gráfica 3. Curva característica de un barrido en frecuencia G’ y G’’ vs frecuencia angular.. 7.1.3.2. Análisis de pruebas reológicas. La medida de las propiedades reológicas de un fluido son extremadamente sensibles a pequeños cambios de cualquier tipo, incluso un cambio pequeño durante el proceso de producción puede producir cambios significativos en las propiedades físicas del producto. La medida de las propiedades reológicas detecta el efecto pero no la causa de los cambios en las propiedades del producto. Diferentes tipos de emulsiones pueden ser reconocidas fácilmente al graficar la viscosidad en función del esfuerzo de corte, por ejemplo una crema presenta mayor viscosidad que la leche a un mismo esfuerzo de corte y esto lo reconoce el cliente cuando compra el producto, por eso la importancia de mantener un proceso de producción estable que no genere cambios bruscos en el producto. Por otro lado la medición dinámica (movimiento oscilatorio) de las propiedades reológicas determinan las propiedades características de los diferentes productos, una curva típica que muestra la relación entre la frecuencia y los módulos elástico o de almacenamiento y viscoso o de. 16.

(17) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. pérdida de energía respectivamente (G’ y G’’) para emulsiones O/W, muestra que a bajas frecuencias o bajos esfuerzos los módulos son parecidos y a medida que la frecuencia aumenta el módulo de almacenamiento de energía (G’) aumenta (Gráfica 2) mientras. que la curva de. viscosidad decrece continuamente (Gráfica 1). Se observa que generalmente el esfuerzo critico (G’=G’’) para una emulsión W/O es menor que para una O/W [16].. 7.2. Emulsiones Cosméticas. Cada categoría de emulsión cosmética (cuidado personal, maquillaje, etc) tiene su propia característica reológica debido a la exigencia del consumidor para cada uno de los productos. Las emulsiones cosméticas, sean O/W o W/O, deben satisfacer un gran número de criterios o especificaciones como la estabilidad a largo plazo bajo diferentes condiciones de temperatura, humedad, esfuerzo y presión; además deben tener la consistencia adecuada (propiedades reológicas) al entrar en contacto con la piel garantizando a la vez la utilización de materias primas seguras que no produzcan irritación o ningún efecto nocivo sobre la misma. Con el fin de satisfacer estas condiciones es necesario tener en cuenta los diferentes efectos del producto en la piel, los cuales se determinan según la distribución del tamaño de gota, la estabilidad a largo plazo (prevención de la sedimentación, floculación, coalescencia, inversión de fase) y la consistencia que es controlada por rangos de actuación de la distribución del tamaño de gota por la adición de modificadores reológicos como los espesantes o la adición de sólidos inertes [15].. En la industria cosmética el desarrollo de productos nuevos es un proceso constante que se compone de varias fases: -. formulación. -. desarrollo en laboratorio. -. desarrollo en planta piloto. 17.

(18) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. -. producción a escala industrial. -. análisis de estabilidad. El análisis de estabilidad permite estudiar las propiedades fisicoquímicas de los productos en función del tiempo. Con el fin de mantener un alto nivel de competitividad entre empresas, los productos deben ser desarrollados y analizados en el menor tiempo posible por lo cual en ocasiones son sometidos a pruebas aceleradas de estabilidad que permiten observar el comportamiento del nuevo producto bajo ciertas condiciones de almacenamiento críticas con respecto a las utilizadas en el análisis de estabilidad a condiciones naturales. El desarrollo en diferentes escalas por su parte, permite garantizar una correcta reproducibilidad de la formula cuando esta se desarrolle en planta industrial.. 7.2.1.. Cuidado personal. Las emulsiones cosméticas pertenecientes a la línea de cuidado personal, comprenden básicamente productos para la piel y para el pelo cuyas funciones principales consisten en limpiar y/o brindar beneficios. Las emulsiones limpiadoras deben contener ingredientes que actúen como solventes de sustancias no deseadas (básicamente lípidos o sustancias muy poco solubles en agua) y que no interfieran con las propiedades fisicoquímicas (estabilidad, color, fragancia, seguridad, etc.) del producto deseado. Por años se ha practicado el uso de hidrocarburos como solventes. En la Tabla 1 se encuentra una composición estándar de una emulsión limpiadora [17].. Tabla 1. Composición básica de una emulsión limpiadora [17].. Componente Emulsificantes Lipidos (solventes) Polioles Preservantes / Fragancias Agua. Composicion (%) 2-8 20-50 5-10 q.s hasta completar 100. 18.

(19) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47 En las emulsiones para tratamiento de la piel, es decir que brindan beneficios, todos los componentes aportan a la piel de acuerdo a la forma en la que se integran con la fase dispersa [17]. En la Tabla 2 se muestra una composición típica para estas emulsiones.. Tabla 2. Composición típica de una emulsión para tratamiento [17].. Componente Emulsificantes Particula inerte Polioles Preservantes / Fragancias Agente dispersante Agua. Composicion (%) 2-8 5-30 5-10 q.s 0,2-25 hasta completar 100. La sensación de estas emulsiones al entrar en contacto con la piel, depende básicamente de la concentración y del tipo de emulsión (W/O o O/W). El agua es el primer componente absorbido por la piel permaneciendo en la superficie de la misma los componentes no volátiles de la emulsión como los lípidos y los surfactantes los cuales son absorbidos lentamente [17].. 7.3. Estabilidad. La estabilidad de una emulsión es siempre una preocupación antes durante y después de su fabricación, lo cual hace que sea una parte muy importante del proceso ya que definirá la vida útil del producto final y su viabilidad al ser sometido a diferentes esfuerzos.. En especial las emulsiones cosméticas pueden mostrar inestabilidad al ser almacenadas debido a cambios químicos de sus componentes (presencia de agentes microbianos) o cambios físicos, ninguno de los dos aceptables en la industria ya que el objetivo básico de la creación de un producto cosmético es asegurar la estabilidad del mismo. Sin embargo, estos cambios son detectables y corregibles durante el proceso de manufactura del producto [18].. 19.

(20) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. La detección de estabilidad o inestabilidad en una emulsión se basa en la elaboración de diferentes pruebas que permitan predecir el comportamiento reológico del producto final, ya que puede cambiar cuando se encuentra sometido a diferentes esfuerzos físicos como la madurez, los cambios de temperatura, los ciclos de descongelamiento, las fuerzas centrifugas y las vibraciones, a corto y largo plazo [19][20][21]. Para que estas pruebas sean realmente efectivas se necesita que imiten las situaciones de la vida real lo más cercano posible, para esto existen métodos rápidos y entre los más comunes se encuentra el sometimiento de la muestra a cambios de temperatura, por ejemplo si un producto cosmético específico puede soportar una temperatura de 45°C durante 3 meses, es muy probable que este lo resista durante dos años; al inicio de la prueba se toma una muestra de viscosidad y posteriormente el producto se separa en cierto número de envases que se almacenan en diferentes cuartos con control de temperatura, uno a 5°C, otro a 25°C, otro a 37°C y otro a 50°C, periódicamente se les toma pruebas de estabilidad buscando cambios en la en la viscosidad o separación de fases, lo cual mostrará una tendencia del comportamiento del producto [20].. Por otro lado existen pruebas que simulan el transporte de las emulsiones en camiones o trenes ya que durante su transporte son sometidas a vibraciones que pueden llevar a que una emulsión se vuelva cremosa, a que exista floculación en productos pigmentados, a que disminuya la viscosidad o a que se sedimenten sólidos en productos como los anti-transpirantes [20].. 7.3.1.. Preservación de la emulsión. Además de la estabilidad de la emulsión después de fabricada, es indispensable garantizar que el producto no está contaminado ni se contaminará en el proceso posterior a la fabricación (empaque y almacenamiento). Para esto es necesario introducir en la formulación preservantes que maten los microorganismos patógenos existentes. La efectividad de un preservante depende tanto del. 20.

(21) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. potencial químico como de la distribución uniforme y equitativa de este entre las fases, para lo cual generalmente se utilizan preservantes solubles tanto en agua como en aceite. Sin embargo la calidad y pureza de las demás materias primas como el agua, es de crucial importancia tanto para la efectividad del preservante como para la pureza del producto terminado, ya que el número de patógenos muertos debe estar igualmente controlado. Entre las principales causas de contaminación, además de la calidad de agua, se encuentran los surfactantes ya que reducen la efectividad de los preservantes, debido a la afinidad que tienen estos (los preservantes) con las gotas de aceite de la fase dispersa en las emulsiones O/W. También es necesario adicionar antioxidantes para prevenir la formación de oxigeno activo cuando el producto entre en contacto con radiaciones UV [22].. 7.4. Proceso de Escalado. 7.4.1.. Mezclado. El proceso natural de difusión en los líquidos es normalmente muy lento por lo cual la mezcla entre estos para lograr un producto con un nivel de uniformidad determinado, requiere de un agitador el cual según sus especificaciones, determinará la cantidad de energía requerida por el sistema para lograr el producto deseado. Debido a lo anterior el sistema de agitación es uno de los factores más importantes en el proceso de mezclado y su selección depende principalmente de la viscosidad de la mezcla. Para fluidos viscosos, por ejemplo, es recomendable el uso de agitadores con mayor área de paleta que operan a bajas velocidades. La velocidad de cizallamiento (shear rate), y por ende los esfuerzos dependen de la distancia entre el agitador y el punto del tanque en el que se esté evaluando, decreciendo (la velocidad de cizallamiento) exponencialmente con la distancia desde el agitador. Por otro lado la viscosidad, para fluidos Newtonianos, se mantiene constante en todo el tanque ya que esta es independiente de la velocidad de cizallamiento. En el caso de. 21.

(22) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. fluídos no Newtonianos, la viscosidad aparente crece o decrece según la densidad del fluido: para líquidos menos densos es mínima en la zona más próxima al agitador mientras que para líquidos densos es máxima [23]. Durante la fabricación de cualquier producto considerado una emulsión, el proceso de mezclado representa una etapa determinante en las propiedades finales del mismo. Por lo anterior, es necesario reconocer las variables de proceso que se encuentran asociadas a esta etapa, con el fin de establecer un ajuste entre estas que permita la obtención del producto deseado. Estas variables son las mismas asociadas a un reactor y corresponden a: - Tipo de proceso (batch, continuo, semicontinuo) - Tipo de sistema de agitación - Geometría del tanque y del sistema de agitación - Tiempo de residencia - Tiempo de homogenización - Velocidad de agitación De acuerdo a estas variables se determina el consumo de energía durante la fabricación de la emulsión y su relación con las propiedades reológicas del producto. Estas variables deben ser definidas para cada etapa del proceso de desarrollo de un producto nuevo el cual implica la fabricación del producto a diferentes escalas (laboratorio, planta piloto y planta industrial), de tal manera que en todas se obtenga un producto exactamente con las mismas propiedades. La extrapolación de estas variables de una escala a otra, partiendo de la más pequeña, recibe el nombre de proceso de escalado [24].. 22.

(23) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 7.4.2. Curvas de Potencia. La selección óptima de un sistema de agitación será la que garantice el resultado deseado en el menor tiempo y con el menor requerimiento de energía posible. Una representación del consumo de energía para sistemas de agitación. son las curvas de potencia, las cuales representan el. número de potencia contra el numero de Reynolds en escala logarítmica. En la literatura pueden encontrarse diferentes curvas de potencia para las diversas geometrías de agitadores las cuales sirven para calcular el valor del consumo energético de un fluido newtoniano. Estas curvas son exclusivas para cada tipo de geometría del sistema de agitación pero son independientes del volumen del tanque. En la Gráfica 4 se puede observar una curva de potencia típica en la que se observa la región de flujo laminar, la región de transición y la región de flujo turbulento; es decir que el comportamiento depende también del tipo de flujo que se presente. Si no existe una curva de potencia para el tipo de geometría del tanque e impeler que se esté trabajando es necesario hacer pruebas experimentales que conduzcan a establecerla, claro está que se recomienda hacerlo a nivel laboratorio o planta piloto para que luego sea escalado a volúmenes mayores si es necesario [25]. Para calcular la energía consumida por fluidos no newtonianos, existe una relación con los newtonianos en el régimen laminar usando la correlación de Metzner y Otto basada en el cálculo de las viscosidades aparentes, por otro lado para sistemas altamente turbulentos caracterizados por la formación de remolinos que pueden tener tamaños (longitud) de hasta el orden de magnitud del equipo se encuentra una relación entre el consumo de energía, la longitud del remolino y la velocidad del fluido. Se requiere mayor estudio acerca de estas relaciones para completar el conocimiento del comportamiento de estas variables para diferentes tipos de agitadores [25]. Las curvas de potencia pueden ser usadas para saber los requerimientos energéticos entre sistemas de agitación con geometría similar y dimensiones diferentes [25].. 23.

(24) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 7.4.3. Factores de escalado. En cada una de las etapas del proceso de desarrollo es necesario identificar factores de corrección que permitan mantener las propiedades óptimas del producto a través de todo el proceso. Estos factores reciben el nombre de factores de escalonamiento o escalado. De las variables enunciadas anteriormente (numeral 7.4.1.) algunas son más fáciles de manipular que otras. Por ejemplo la geometría del tanque es difícil de mantener constante por lo que es necesario encontrar factores de escalado con los cuales se realicen correcciones para las demás variables de proceso cuando se pase de una escala a otra.. Gráfica 4. Po vs Número de Reynolds [25].. 24.

(25) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 7.4.4.. Escalado en sistemas de mezclado de líquidos. El proceso de escalado en sistemas de mezclado de líquidos, consiste principalmente en encontrar un valor para la velocidad del agitador que permita obtener un producto con las mismas características reológicas, en un equipo con dimensiones diferentes. Sin embargo para que este sea más preciso, es necesario que los sistemas involucrados en el proceso tengan algún tipo de similitud como las enunciadas a continuación:. -. Similitud geométrica: se puede encontrar en equipos de diferente tamaño pero con la misma forma o con las mismas proporciones (misma relación entre dimensiones).. -. Similitud cinemática: en equipos de diferente tamaño pero con geometría parecida y con la relación de velocidades entre dos puntos, constante.. -. Similitud dinámica: en equipos con similitud geométrica y cinemática, y con relaciones entre fuerzas en diferentes puntos, constante.. De acuerdo a la similitud encontrada, los diferentes sistemas se pueden describir a través de números adimensionales los cuales representan cada uno una regla distinta de escalado pues tienen en cuenta distintas variables independientes. Debido a esto, en algunos casos el uso de más de uno de estos números, genera un conflicto para la definición del parámetro de escalado, por lo cual si el sistema es descrito por más de un número adimensional es necesario implementar elementos en el diseño con el fin de disminuir el número de variables independientes y por ende los números adimensionales. Un ejemplo de esto es la implementación de bafles con el fin de reducir los vórtices formados de tal forma que no sea necesario el uso del número de Froude, el cual relaciona el efecto de las fuerzas inerciales y las fuerzas de gravedad sobre un fluido [23]. Las reglas anteriores permiten un proceso de escalado basado en los resultados obtenidos, es decir que una vez se obtiene el producto deseado, partiendo del principio de similitud, se busca de manera experimental, un valor para la velocidad de agitación que permita mantener los números. 25.

(26) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. adimensionales constantes. Sin embargo, existe otro tipo de escalado con el cual se reduce el procedimiento de ensayo y error el cual se basa principalmente en información acerca de la potencia y propone mantener constante: la velocidad periférica o la relación potencia consumida por unidad de volumen. De esta forma es posible encontrar el valor adecuado para la velocidad de agitación en un sistema con tamaño distinto siempre y cuando exista algún tipo de similitud geométrica. Sin embargo, no siempre se mantiene un alto grado de similitud entre equipos de planta piloto y equipos de planta industrial, por lo cual existen algunas reglas que permiten una extrapolación de los datos obtenidos en pequeña escala [23].. 26.

(27) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 8. MATERIALES Y METODOLOGIA. 8.1 Materiales. . Materias primas para la fabricación de Shampoo y acondicionador Be Sexy Liso® y acondicionador Docile Sponge Control® suministradas por la empresa Belcorp S.A. (especificaciones del producto anexo 1). Los productos se fabricaron de acuerdo a los protocolos respectivos establecidos por la empresa (Ver anexo 2).. . Productos de línea acondicionador Be Sexy Liso® y acondicionador Docile Sponge Control® suministrados por la empresa Belcorp S.A. Estos productos terminados son los patrones contra los que se compararon las muestras fabricadas.. 8.2 Equipos para fabricación. . Planta Piloto. Fryma Koruma MaxxD 200®, es una unidad de procesamiento de vacío con homogenizador tipo rotor estator en posición horizontal, agitador raspador (planetaria) y recirculación externa (ver Gráfica 5). Las principales características se enuncian a continuación [26]: -. Máxima capacidad: 160 L. -. Vacío: -1 a 0 bar. -. Potencia del homogenizador: 18,5kW. -. Velocidad del homogenizador: 600-3000 rpm.. -. Potencia del agitador: 1,5kW. -. Velocidad del agitador: máx. 32 rpm. -. Potencia de la bomba vacío: 1,5kW. 27.

(28) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. -. Peso aprox. del equipo: 1000 kg. -. Diámetro del Homogenizador: 160 mm. -. Diámetro del agitador: 500 mm. Gráfica 5. Vista lateral del Equipo Fryma Koruma [26].. . Planta industrial. EKATO UNIMIX SRC 500®, es un equipo utilizado para la fabricación de emulsiones en la planta industrial, equipado con un agitador tipo pala (PARAVISC®) y un homogenizador (STERILJET® tipo rotor estator) en posición vertical [27]. En la Gráfica 6 se puede observar un esquema del equipo. Las características más importantes se enuncian a continuación: -. Volumen 500 L. -. Camisa de calefacción – enfriamiento.. -. Pala PARAVISC con incorporación de rascadores (otras palas son posibles).. ®. 28.

(29) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. -. Homogeneizador. STERILJET. ®. en. el. punto. más. bajo. del. depósito. (otros. homogeneizadores son posibles). -. Tapa fija. -. Varios sistemas de control disponibles.. 2.. 1. Agitador Paravisc® Homogenizador Steriljet® 3. Sistemas de control. Gráfica 6. Equipo EKATO SYSTEMS UNIMIX SRA 500 [27].. 8.3 Equipos para análisis reológico. . 1. Viscosímetro Brookfield DV-E : este equipo es utilizado para obtener la viscosidad aparente de los productos preparados, inmediatamente terminado el proceso de fabricación. Las mediciones se realizaron con la aguja numero 5 y una velocidad de 20 rpm.. 1. Prueba realizada en la planta piloto de la empresa Belcorp S.A.. 29.

(30) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47 . 2. Reómetro AR-G2 [28]: en este equipo se realizaron mediciones estacionarias (flujo) y mediciones dinámicas u oscilatorias (barrido en frecuencia y barrido en esfuerzo) utilizando las condiciones presentadas en la Tabla 3.. Tabla 3. Condiciones generales para las mediciones.. Sistema de medición Gap (µm) Temperatura (°C). Discos Paralelos 1000 20. Para la prueba estacionaria se obtienen resultados de viscosidad en función de la velocidad de cizallamiento como se observa en la Gráfica 1. Para las pruebas dinámicas, se obtienen los módulos de elasticidad y viscosidad manteniendo constante el esfuerzo de cizallamiento (barrido en frecuencia) o la frecuencia (barrido en esfuerzo). En las Gráficas 2 y 3 se pueden observar curvas típicas de estas pruebas.. 8.4 Otros equipos . 3. Potenciómetro Mettler Toledo Seven Multi : Este equipo es utilizado para obtener pH de los productos preparados, inmediatamente terminado el proceso de fabricación.. 8.5 Metodología  I.. Experimentación preliminar Con el valor establecido por el estudio Durán-Nieto [1] para el parámetro de escalado (velocidad periférica constante) se llevó a cabo la fabricación de shampoo ―Be Sexy Liso‖ en el equipo Fryma Koruma, con el fin de validar su aplicabilidad. Para esto se realizaron tres pruebas (prueba inicial y dos réplicas) en lotes de 150 L siguiendo el protocolo (anexo 2) establecido por la empresa Belcorp S.A.. 2 3. Pruebas realizadas en el laboratorio de productos y poliuretanos de la Universidad de Los Andes Pruebas realizadas en la planta piloto de la empresa Belcorp S.A.. 30.

(31) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. II.. En esta etapa se buscó verificar la aplicabilidad del parámetro de escalado en el equipo Fryma Koruma para la fabricación de acondicionador con las condiciones establecidas por el estudio Durán- Nieto [1]. Para esto se fabricaron muestras en lotes de 150L (prueba inicial y dos réplicas), de Acondicionador ―Be Sexy Liso‖ siguiendo el protocolo (anexo 2) establecido por la empresa Belcorp S.A. Cabe aclarar que no se utilizó la capacidad máxima del equipo. Los productos obtenidos se sometieron a dos tipos de análisis de estabilidad y paralelamente se realizó un análisis de propiedades reológicas con el respectivo seguimiento en el tiempo: medición de los módulos viscoelásticos (G´, G´´) y medición de la viscosidad en función de la tasa de corte con el reómetro AR G2.. . I.. Experimentación. Al validar el. parámetro de escalado en el equipo Fryma Koruma para la fabricación de. acondicionador ―Be Sexy Liso‖, se evaluó la aplicabilidad del mismo en la fabricación del acondicionador ―Docile Sponge Control‖ mediante la realización de pruebas en lotes de 150L (prueba inicial y dos réplicas) siguiendo el protocolo (anexo 2) establecido por la empresa Belcorp S.A. Los productos obtenidos fueron sometidos a los mismos análisis de estabilidad y propiedades reológicas descritos en la experimentación preliminar. II.. En la segunda fase de la experimentación se busca extrapolar la información obtenida de las pruebas realizadas en el equipo Fryma Koruma a equipos de planta industrial (Unimix 500 L). Para esto se realizó una prueba para acondicionador ―Be Sexy Liso‖ manteniendo el parámetro de escalado constante con el cual se obtuvieron los valores para velocidades de agitación enunciados en la Tabla 4.. 31.

(32) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47 Tabla 4. Velocidades de agitación utilizadas en el equipo UNIMIX SRC 500.. Planetaria Homogenizador. . Velocidad (rpm) 15 1990. Seguimiento de las propiedades reológicas. Las muestras fabricadas durante la experimentación preliminar y la experimentación, fueron sometidas a un análisis reológico realizado con intervalos de tiempo como se muestra en la Tabla 5. Tabla 5. Tiempos de análisis desde fabricación.. Análisis de la muestra 1 2 3 4 5 6. Tiempo desde fabricación (días) 1 8 15 22 29 60. Se realizaron mediciones para estado estacionario y dinámico u oscilatorio, donde se obtienen resultados como los presentados en las Gráficas 1, 2 y 3, respectivamente. Los datos obtenidos para la prueba en estado estacionario, fueron ajustados con la ley de potencia (Ec. 1) y se obtuvieron los parámetros m y n que describen el comportamiento de las emulsiones. . n 1.   m . (Ec. 1). El valor utilizado como punto de comparación fue el parámetro de consistencia m ya que este indica la viscosidad en un intervalo de tasas de corte.. Los resultados obtenidos para las mediciones oscilatorias permiten obtener valores para los módulos elástico (G´) y viscoso (G´´) de las muestras. La comparación de estos parámetros. 32.

(33) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. reológicos (G´ y G´´) se realizó con base en los criterios seleccionados como se describe a continuación:. Barrido en frecuencia: en este análisis la región significativa corresponde a aquella en la que los valores de G´ y G¨ se mantiene constantes (o con una variación mínima) para diferentes valores de frecuencia angular. Esta región indica la frecuencia a la cual se realizará el barrido en esfuerzo con el fin de encontrar el esfuerzo crítico que corresponde al punto en el que G´ y G‖ son iguales y existe una deformación de la gota. El punto elegido fue el que al ser comparado con el punto anterior y el punto posterior, mostraba la menor diferencia.. Barrido en esfuerzo: según la frecuencia determinada como se explicó anteriormente, se hace un barrido en esfuerzo con el cual se encontrará el esfuerzo crítico, sin embargo el punto que se compara entre las muestras y el patrón corresponde al promedio de aquellos que se encuentran en la región donde G’ y G’’ no varíen significativamente uno a otro (región plana antes de encontrar el esfuerzo critico); lo anterior debido a la baja probabilidad de que el esfuerzo crítico sea reproducible entre réplicas.. Los rangos de medición utilizados para cada una de las pruebas reológicas realizadas se especifican en la Tabla 6.. Tabla 6. Rangos mediciones reológicas.. Prueba Flujo Barrido en frecuencia Barrido en esfuerzo. Rangos Tasa de corte (1/s): 0,008-500 Frecuencia Angular (rad/s): 0.08-700 Esfuerzo Oscilatorio (Pa): 0.01-1000. 33.

(34) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47 . Análisis de estabilidad. Los productos obtenidos se sometieron a dos tipos de análisis de estabilidad por un periodo de 6 meses donde los dos primeros meses se hicieron análisis cada 8 días y luego se hará al tercer y 4. sexto mes . Los tipos de análisis son: estabilidad acelerada y estabilidad a condiciones naturales. Los análisis son realizados en el Laboratorio de Estabilidad de la empresa Belcorp S.A. en donde las condiciones de almacenamiento corresponden a temperatura de 40°C (+/-2) y humedad de 75% (+/- 5) para el análisis estabilidad acelerada; y 30°C (+/-2) y humedad de 70% (+/- 5) para análisis de estabilidad a condiciones naturales. El seguimiento se hace en base a la medición de la viscosidad, el pH, las propiedades organolépticas y el estudio microbiológico.. 4. Estos resultados serán exclusivamente para el seguimiento que Belcorp S.A, continuará realizando a las muestras.. 34.

(35) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 9. Resultados y Discusión. 9.1 Experimentación preliminar. I.. Fabricación de Shampoo Be Sexy Liso® en el equipo Fryma Koruma. En esta etapa de la experimentación se buscó validar la aplicabilidad del parámetro de escalado previamente calculado por el estudio Duran-Nieto [1] para la fabricación de shampoo en el equipo Fryma Koruma. Los parámetros utilizados se encuentran en la Tabla 7.. Tabla 7. Velocidades utilizadas para la Fabricación de shampoo.. Planetaria Homogenizador. Velocidad (rpm) 14 2320. El resultado obtenido durante el proceso de fabricación no fue óptimo debido que no fue posible mantener constantes las condiciones del proceso bajo las cuales se iba a realizar el estudio; esto es velocidad periférica constante y tiempos indicados en el protocolo. Lo anterior fue consecuencia de la alta producción de espuma al encender el homogenizador, factor que no permitió el desarrollo continuo del proceso. Se observa que este comportamiento es debido principalmente al tipo de recirculación que posee el equipo Fryma Koruma (recirculación externa obligatoria cuando el homogenizador está en funcionamiento). Como resultado final se obtuvo un producto que no cumple con las especificaciones cualitativas (apariencia, homogeneidad, etc.) y cuantitativas (viscosidad y pH) dadas por Belcorp S.A.. II.. Fabricación de acondicionador Be Sexy Liso® en el equipo Fryma Koruma. Para la fabricación del acondicionador se llevaron a cabo dos fases (Tabla 8):. 35.

(36) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Fase I: Verificación de los parámetros establecidos por el estudio Duran-Nieto [1]. Fase II: Corrección de los valores establecidos por Duran-Nieto para el parámetro de escalado. Tabla 8. Velocidades de operación para cada fase.. Planetaria Homogenizador. Velocidad (rpm) Fase I Fase II 14 14 2320 1640. En las dos fases fue posible mantener las variables de proceso (protocolo) constantes así como el parámetro de escalado lo cual permitió concluir el proceso de fábrica y obtener un producto apto para análisis. Durante la fabricación del acondicionador Be Sexy Liso® en la fase I se obtuvo información acerca de las dimensiones del sistema de agitación de los equipos Fryma Koruma 160 L y Unimix 50 L (ver diámetros de la planetaria y el homogenizador en el anexo 3) directamente con el fabricante. Con esta información se recalculó el valor del parámetro de escalado (velocidad periférica constante) y por ende las velocidades de agitación a utilizar (Tabla 8). La diferencia encontrada para este parámetro posiblemente se generó por la información incorrecta acerca de las dimensiones de los equipos. Según lo anterior para la fase I solo se realizó una réplica y se continuó con la fase II del proyecto.. . Análisis del comportamiento reológico. Los parámetros de la ley de potencia hallados, corresponden a análisis realizados a las muestras con intervalos de tiempo como se observa en la Tabla 5. En la Gráfica 7 se muestra la evolución en el tiempo de este parámetro con su respectiva desviación estándar para cada una de las muestras fabricadas durante la fase I, la fase II y el patrón. El comportamiento del parámetro m indica que la muestra recién fabricada tiene un comportamiento reológico similar para los productos obtenidos en ambas fases ya que las barras de desviación se traslapan como se observa en la. 36.

(37) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Gráfica 7. Sin embargo durante todo el análisis se observa que los valores obtenidos para la muestra Durán-Nieto tienden a ser ligeramente mayores que los obtenidos para la muestra de la fase II, lo cual se asocia al uso de mayores velocidades para el homogenizador y la planetaria (ver tabla 8), representando esto una mayor incorporación de energía al sistema; aun así se observa un traslapamiento entre las barras de desviación estándar para las muestras, lo que indica un comportamiento reológico similar. Por otro lado los valores obtenidos para el patrón no tienen barra de desviación estándar debido a que no se tienen réplicas del mismo, sin embargo se observa que los valores de viscosidad están en su gran mayoría dentro del rango de desviación de la muestra de la fase II. En la Gráfica 8 del se muestra la evolución en el tiempo de G’ (determinado como se explicó anteriormente) para las muestras y el patrón. Se observa un comportamiento estable para las tres muestras por separado. Por otro lado al comparar la muestra de la fase I con la muestra de la fase II, se observa que los valores de la fase I se encuentran ligeramente por encima de los de la fase II al igual que se observa en el comportamiento del parámetro m de la ley de potencia; en este caso las barras de desviación también se traslapan en la mayoría de los casos. Se observa que todos los valores obtenidos para el patrón se encuentran dentro del rango de desviación de la muestra de la fase II y ninguno está dentro del rango de la muestra de la fase I, por lo cual se infiere un comportamiento reológico igual entre la muestra de la fase II y el patrón. Lo anterior permite verificar la validez del parámetro de escalado en la fabricación de acondicionador ―Be Sexy Liso‖ en el equipo Fryma Koruma.. . Análisis de estabilidad. Para todas las gráficas de estabilidad se resaltan los rangos de viscosidad y pH especificados por Belcorp S.A. (líneas negras). Los resultados de estabilidad obtenidos para viscosidad y pH, se presentan por separado para cada una de las muestras ya que los análisis no fueron realizados con los mismos intervalos de tiempo como se estipuló inicialmente. Se presenta una gráfica para. 37.

(38) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Parámetro m de la Ley de Potencia en el tiempo PATRON. 55. Muestra Fase I. Muestra Fase II. Muestra Industrial. 50. m (Pa*s). 45 40 35 30 25 20 15 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. Tiempo (días) Gráfica 7. Parámetro m de la Ley de potencia para el acondicionador Be Sexy Liso®.. G' en barrido en esfuerzo PATRON. Muestra Fase I. Muestra Fase II. Muestra Industrial. 30. 50. 1400 1200. G' (Pa). 1000 800 600 400 200 0 0. 10. 20. 40. 60. 70. Tiempo (dias) Gráfica 8. G’ obtenido en el barrido en esfuerzo para el acondicionador Be Sexy Liso®.. 38.

(39) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47 cada producto con sus respectivas réplicas para cada una de las propiedades y condiciones evaluadas. Los resultados obtenidos para el análisis microbiológico, indican que todos los productos fabricados cumplen con las especificaciones dadas por Belcorp S.A. De igual manera el análisis organoléptico (cualitativo) para todas las muestras resulta conforme con respecto al patrón.. 5. Con respecto a la viscosidad se observa para la fase I (Tabla 8), que los productos fabricados en la Fryma Koruma presentan una viscosidad muy cercana al límite superior del rango especificado e incluso en un caso lo sobrepasa. Estos valores se encuentran notablemente por encima de los obtenidos para el patrón el cual se encuentra siempre dentro del rango (anexo 1) y cercano al valor intermedio del mismo. Lo anterior ocurre tanto en condiciones normales como en condiciones aceleradas las cuales en general muestran resultados muy similares (Gráficas 6 y 7). En las Gráficas 8 y 9 se encuentran los resultados para la fase II (Tabla 8) los cuales muestran que todos los valores se encuentran dentro del rango especificado y se sobreponen con los valores obtenidos para el patrón indicando esto la igualdad de los dos productos (patrón y muestra). En general la viscosidad muestra una leve tendencia a crecer inicialmente, hasta que el producto alcanza una estabilidad. Lo anterior se debe a una distribución de las gotas en la emulsión. Finalmente el análisis del pH de las muestras presenta en general una leve tendencia a disminuir indicando esto la presencia de alguna reacción entre los componentes. Sin embargo este cambio no altera significativamente el producto además de estar considerado para la definición del rango. Es por esto que en general se observa que los productos fabricados en ambas fases se mantienen dentro del rango de pH especificado (Gráficas 10-13). Se observa que una de las muestras presenta algunos puntos por fuera del límite superior, sin embargo es solo una de las muestras (y no las réplicas) razón por la cual es importante siempre la realización de réplicas. El pH es una propiedad controlada por el operario que realice la fábrica por lo cual es ideal que el producto recién fabricado tenga un pH cercano al valor intermedio del rango.. 5. Estos resultados se encuentran en los archivos de Belcorp S.A.. 39.

(40) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Viscosidad Condiciones Naturales Fase I Be sexy Fase I. Be Sexy Fase I - replica. 10. 30. PATRON. 11000. viscosidad (cP). 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 0. 20. 40. 50. 60. 70. 80. Tiempo de análisis (dias) Gráfica 9. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones naturales Fase I.. Viscosidad Condiciones Aceleradas Fase I Be Sexy Fase I. Be Sexy Fase I- replica. PATRON. 10000. viscosidad (cP). 9000 8000 7000 6000 5000 4000 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. Tiempo de análisis (dias) Gráfica 10. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones Aceleradas Fase I.. 40.

(41) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Viscosidad Condiciones Naturales Fase II Be sexy fase II. Be Sexy Fase II- Replica 1. Be Sexy Fase II-Replica 2. PATRON. 9500. Viscosidad (cp). 8500 7500 6500 5500 4500 3500 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. Tiempo de analisis (dias) Gráfica 11. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones naturales Fase II.. Viscosidad Condiciones aceleradas Fase II Be Sexy Fase II. Be Sexy Fase II-Replica 1. Be Sexy Fase II-Replica 2. PATRON. 10000. viscosidad (cp). 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. Tiempo de análisis (días) Gráfica 12. Acondicionador Be Sexy Liso®: Viscosidad condiciones Aceleradas Fase II.. 41.

(42) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. PH Condiciones Naturales Fase I Be sexy Fase I. Be Sexy Fase I-Replica. PATRON. 4,8 4,6 4,4. pH. 4,2 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 70. 80. Tiempo de análisis (dias) Gráfica 13. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones naturales Fase I.. PH Condiciones Aceleradas Fase I Be Sexy Fase I. Be Sexy Fase I- Replica. PATRON. 4,8 4,6 4,4. pH. 4,2 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. Tiempo de análisis (dias). Gráfica 14. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones aceleradas Fase I.. 42.

(43) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. PH Condiciones Naturales Fase II Be Sexy Fase II. Be Sexy Fase II-Replica 1. Be Sexy Fase II-Replica 2. PATRON. 5 4,8 4,6 4,4 pH. 4,2 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. Tiempo de análisis (dias). Gráfica 15. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones naturales Fase II.. PH Condiciones Aceleradas Fase II Be Sexy Fase II. Be Sexy Fase II-Replica 1. Be Sexy Fase II-Replica 2. PATRON. 5 4,8 4,6 4,4 pH. 4,2 4 3,8 3,6 3,4 3,2 3 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. Tiempo de análisis (dias) Gráfica 16. Acondicionador Be Sexy Liso®: pH condiciones aceleradas Fase II.. 43.

(44) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. 9.2. Experimentación. I.. Fabricación de acondicionador Docile Sponge control® en el equipo Fryma Koruma. Para la fabricación del acondicionador Docile Sponge control se utilizaron las mismas velocidades de operación que en la fase II (ver Tabla 8).. . Análisis del comportamiento reológico. En la Gráfica 17 se observa que en la mayoría de los análisis existe una menor desviación entre réplicas que la obtenida para ―Be Sexy Liso‖ y el valor obtenido para el patrón se encuentra en la mayoría de los casos dentro del rango de desviación de la muestra mostrando así un comportamiento viscoso bastante próximo. La elección de los puntos comparables se realizó de la misma forma descrita en la metodología. En la Gráfica 18 se observa un comportamiento estable a través del tiempo para la muestra fabricada en el equipo Fryma Koruma, con respecto al patrón siempre se obtienen valores más altos de G’ y se observa que no existe traslapamientro entre los puntos del patrón y el rango de desviación de la muestra, sin embargo cabe aclarar que no se tiene una réplica del patrón la cual generaría rangos de desviación que probablemente se traslaparían con los de la muestra. Estos resultados permiten confirmar la validez del parámetro de escalado para la fabricación de acondicionador ―Docile Sponge Control‖ en el equipo Fryma Koruma.. . Análisis de estabilidad. La muestra del Acondicionador Docile sponge control® y sus dos respectivas réplicas, fueron sometidas a análisis de estabilidad (propiedades organolépticas, viscosidad, pH y microbiológico) en el laboratorio de estabilidad de la empresa Belcorp S.A. Como se observa en la Gráfica 19 la. 44.

(45) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. Parámetro m de la ley de potencia en el tiempo PATRON. Muestra. 80 70. m (Pa*s). 60 50 40 30 20 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 60. 70. Tiempo de análisis (días). Gráfica 17. Parámetro m de la ley de potencia para el acondicionador Docile Sponge Control®.. G' en barrido en esfuerzo PATRON. Muestra. 1500 1300. G' (Pa). 1100 900 700 500 300 0. 10. 20. 30. 40. 50. Esfuerzo Oscilatorio (Pa) Gráfica 18. G’ obtenido en el barrido en esfuerzo para el acondicionador Docile Sponge Control®.. 45.

(46) IQ-2009-I-11 IQ-2009-I-47. viscosidad a condiciones naturales tiene una tendencia a aumentar a través del tiempo, pero aun así los valores de esta se mantienen dentro del rango (5000 – 15000 cP) establecido por la empresa Belcorp S.A. para este producto, por otro lado se observa que los valores de viscosidad obtenidos para la muestra y las réplicas se encuentran en el mismo rango de valores (sobreposición de valores) que los obtenidos para el patrón, lo que sugiere un comportamiento similar entre estos, validando los resultados obtenidos durante el análisis del parámetro m de la ley de potencia (Gráfica 17). Para los valores de viscosidad en condiciones aceleradas, se obtienen resultados similares a los obtenidos en condiciones naturales como se observa en la Gráfica 20. Los valores obtenidos para pH a condiciones naturales tienen una leve tendencia a disminuir a través del tiempo como se observa en la Gráfica 21, aun así los valores se mantienen dentro del rango (3,5 -4,5) establecido por la empresa Belcorp S.A. para este producto, por otro lado se observa que los valores de pH obtenidos para la muestra y sus réplicas están en un mismo rango de valores (sobreposición de valores) que los obtenidos para el patrón, lo que sugiere un comportamiento similar entre las muestras. En la Gráfica 22 se observa que el pH a condiciones aceleradas tiene un comportamiento muy parecido al anteriormente descrito para el pH a condiciones normales. Para la muestra, las réplicas y el patrón del acondicionador Docile Sponge Control® se obtuvieron resultados de las propiedades organolépticas conformes y aceptables según los valores establecidos por la empresa Belcorp S.A. así mismo se obtuvieron resultados conformes y aceptables para el análisis microbiológico.. II.. Fabricación de acondicionador Be Sexy Liso en planta industrial. Para la fabricación de acondicionador Be sexy Liso en planta industrial se utilizaron las velocidades especificadas en la Tabla 4.. 46.