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Procesos farmaceuticos explicados de manera sencilla, conceptos teoricos
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TECNOLOGIA
FARMACEUTICA I
NOMBRE: Víctor Herrero Maíllo.
CURSO: 4º GRUPO: I
D.N.I.: 70875511-E
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TEMA 2. PREFORMULACIÓN.
DESCRIPCIÓN DEL ESTADO FÍSICO:
Sólido, liquido o gaseoso, la mayoría de los principios activos son sólidos,
como líquidos existen pocos y gaseosos casi ninguno.
El desarrollar formas farmacéuticas con líquidos es muy complicado
porque se necesitan tanques para que la presión y temperatura sea
adecuada
PUREZA:
Para poder introducir un principio activo o excipiente en una forma
farmacéutica no debe tener impurezas o deben ser inferiores al mínimo
permitido, se determinan cualitativamente y cuantitativamente.
Las impurezas se deben determinar, las impurezas pueden ser:
1. Impurezas inorgánicas: Pueden provenir de las diferentes fases de
la extracción del principio activo.
2. Agua: No se considera impureza pero hay que determinar la cantidad
de agua asociada con el principio activo o con los excipientes.
3. Residuos de disolventes: Se usan para la extracción del principio
activo y sus residuos se deben determinar cualitativa y
cuantitativamente.
4. Productos estructurales relacionados: Productos de la síntesis,
productos similares al principio activo pueden tener actividad
farmacológica y nos varía el principio activo.
Impurezas presentes en algunos medicamentos:
Histamina Histidina.
Kavamicina Kavamicina B.
Isoniazida Hidracina.
Ampicilina Dimetilalanina.
Neomicina Neomina, neomicina C.
5. Enantiómeros de baja o nula actividad: Que van asociados a sus
homólogos que tienen actividad terapéutica. Ahora suele haber
productos muy puros que ya llevan el 90% del enantiómero activo,
cuando se trabaje con mezclas racémicas hay que establecer el tanto
por ciento (%) de los enantiómeros y la farmacopea dará los limites
permitidos.
6. Otros tipos de impurezas: Como péptidos y proteínas.
TAMAÑO DE LA PARTÍCULA:
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Hay que determinar el tamaño de los principios activos y excipientes
porque influye en la estabilidad física y química de ambos y por tanto en la
forma farmacéutica final. Influye también:
Velocidad de disolución.
Velocidad de absorción.
Propiedades reológicas.
Uniformidad del contenido.
Propiedades organolépticas.
Hoy día se suele trabajar con micropartículas, es decir, menores de 5m.
El tamaño influye en la velocidad de disolución según la ecuación de
“Noyes-Whitney”:
K= Constante de velocidad de disolución.
S= Superficie especifica cuya disolución se determina.
(Cs – C)= Diferencia entre la concentración máxima de la sustancia y
la concentración de la sustancia.
CRISTALINIDAD Y POLIMORFISMO:
Hábito cristalino: Descripción del cristal a simple vista que varían
en función de las condiciones de cristalización.
La estructura interna puede ser:
o Cristalina; Se distribuyen igual en la red.
o Amorfa; Sin ordenación en el interior. Son inestables
termodinámicamente, entonces revierte a la forma cristalina
(no debe revertir porque cambian las propiedades del
fármaco).
La inclusión de formas amorfas en medicamentos solo se acepta si
la velocidad de disolución es muy baja.
Si una sustancia se presenta como cristalina puede ser:
o Una entidad única; Polimorfos.
o Aductos moleculares; Que pueden ser;
No estequiométricos.
Estequiométricos; Hidratos o solvatos.
Siempre las formas anhidras son más solubles que las hidratadas.
Polimorfos: Estructura química igual y propiedades físicas
diferentes, que tengan diferentes solubilidad y velocidad de
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disolución. Siempre es el más estable termodinámicamente y
presenta mayor punto de fusión y menor solubilidad, entonces se le
denomina polimorfo I y a partir de allí se numeran todos los demás
según un menor punto de fusión y por tanto aumenta la solubilidad.
PUNTO DE FUSIÓN:
1. Xametro de identificación de una sustancia pura que solo tiene un
punto de fusión.
2. Indica la solubilidad, a mayor punto de fusión menor solubilidad. Hay
varios métodos para determinar el punto de fusión:
Método capilar; Determina el intervalo de fusión.
Microscopia de platina caliente; Determina el inicio de la
fusión, la temperatura a la que funde la mitad de la masa y la
fusión total.
DSC; Calorimetría diferencial de barrido; Proporciona el punto
de fusión y el calor de fusión.
SOLUBILIDAD:
Tanto la solubilidad como la velocidad de disolución hay que
determinarlo siempre porque es un factor determinante en la acción del
fármaco:
a) Factores fisicoquímicos:
Tamaño de la partícula
Morfología cristalina y polimorfismo.
Determinación de pKa.
Influencia de la temperatura (en la fabricación y
almacenamiento).
Perfil de solubilidad en función del pH (porque la mayoría de
los principios activos son ácidos o bases débiles).
Métodos para modificar la solubilidad.
Estudio “in vitro” de la velocidad de disolución.
Para los principios activos que se administran por vía extrabasal
con baja solubilidad menor a 1% con pH entre 1-7 y a 37ºC por
debajo de esto es complicado formular un principio activo en estos
casos hay que modificar la solubilidad:
o Formulación de sales; Cloruros, fosfatos, acetatos.
o Cosolvencia; Usar como vehículo de disolución no el agua
sino otras sustancias.
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o Complejación; Por ejemplo complejo con ciclodextrinas o
usar tensoactivos para aumentar la solubilidad entre fases
de diferentes disolventes.
o Tensoactivos.
Los estudios “in vitro” son mas fáciles que “in vivo”, se usan
aparatos que estudiaban la velocidad de disolución que introducen el
principio activo o forma farmacéutica en un medio de disolución como
agua o disolvente similar al del medio a administrar a la temperatura
corporal, se determina la cantidad de principio activo que se disuelve.
b) Factores que dependen de la formulación:
Influencia de excipientes; Son lo que mas influye, hay que
determinar si existe interacción física, química o físico-química
entre ambos. Hay excipientes que modifican las formas
farmacéuticas sólidas administradas por vía oral como son los
“disgregantes” que aumenta la velocidad de disolución y
adsorción. Los “lubrificantes” también se utilizan en algunas
sólidas para mejorar el flujo y fabricación, son sustancias
hidrófobas y disminuyen la velocidad de disolución y adsorción.
Los “viscosizantes” aumentan la viscosidad y pueden
disminuir la velocidad de disolución.
Interacciones con los excipientes; Ejemplo el calcio forma
complejos insolubles con la tetraciclina. Los cationes divalentes
interaccionan con las quinolonas y también forman complejos
insolubles y disminuyen la solubilidad de los principios activos.
Hay que tener en cuenta que las interacciones de las
impurezas de los excipientes como las trazas de sales férricas.
ADSORVABILIDAD. Coeficiente de reparto:
Si el principio activo es soluble su velocidad de disolución y solubilidad
no intervienen en l adsorbabilidad (capacidad para atravesar membranas).
Adsorbabilidad; Nos condiciona la velocidad de adsorción, en fármacos
muy solubles se suele determinar por el coeficiente de reparto aceite-agua,
las sustancias lipófilas las atravesaran mejor. Se controla la cantidad de
sustancia que se disuelve en la parte acuosa y lipófila y que se mantiene a
37ºC, cuando se sature se extrae del agua y parte orgánica y se determina
la concentración en ambos medios.
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El aclaramiento es un xametro que se determina en estudios “in vitro” a
mayor aclaramiento mayor biodisponibilidad.
PROPIEDADES DE FLUJO Y CAPACIDAD DE COMPACTACIÓN:
Las propiedades de flujo son fundamentales cuando la sustancia esta en
estado sólido y se va a dosificar. Si se formulan comprimidos hay que ver la
capacidad de compactación:
Angulo de reposo vertido.
Índice de Carr; Para saber su capacidad de compresión.
Índice de Hausner; Para saber su capacidad de compresión.
ESTABILIDAD:
Características de los principios activos y excipientes solos y junto en
una forma farmacéutica:
Hay que establecer las principales causas de alteración o factores de
inestabilidad del principio activo (efecto luz, temperatura, oxigeno,
pH del medio, etc.).
Determinan las vías de degradación y la cinética a la que cursan.
Identificar los posibles productos de degradación porque pueden ser
tóxicos.
Obtener información para estudios sucesivos.
COMPATIBILIDAD CON LOS EXCIPIENTES:
Los excipientes son sustancias inertes farmacológicamente hablando, no
deben modificar el principio activo.
Los principios activos con grupos amino primario no se debe formular
mono o disacárido porque reacciona mediante las reacciones de Haillard.
Los esteres o lactonas no pueden ir en medio básico.
La humedad afecta a:
Fármacos hidrolizables con excipientes hidratados.
Fármacos higroscópicos (insoluble pero puede captar agua del
ambiente).
Fármacos eflorescente (sustancia soluble que cristaliza con un cierto
número de moléculas de agua que puede ceder).
Elevada humedad de equilibrio con principios activos fácilmente
hidrolizables.
También hay interacción entre algunos excipientes conservantes y
excipientes complejantes esto es importante cuando so formulan los
medicamentos genéricos.
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El bisulfito sódico no se debe mezclar con aldehídos o cetonas por los
dobles enlaces, el ácido ascórbico no se puede mezclar con aminas
primarias.
Los excipientes suspensotes pueden dar complejantes con procaína,
carfeniramina, clorpromacina, neomicina y kanamicina.
Una vez realizados los estudios hay que analizar que los principios
activos no se modifiquen con:
Colorantes.
Impurezas; Sales férricas oxidan a principios activos fácilmente
oxidables.
Manipulaciones mecánicas: Un principio activo con excipientes al
someterlo a altas temperaturas, presión y estrés mecánico pueden
reaccionar entre ellos.
Almacenamiento; Comportamiento delicuescente, punto de fusión.
La mayoría de las formas sólidas tienen un periodo de caducidad de 5
años, el principio activo no debe bajar la actividad del 90-95%, las formas
liquidas suelen durar menos.
Delicuescente; Cuando se puede solubilizar en el agua del medio.
Los ensayos de compatibilidad con excipientes se realizan en medios no
reales en proporciones iniciales de 1:1 para predecir lo que ocurrirá.
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TEMA 3. PULVERIZACIÓN.
PROCEDIMINTO DE PULVERIZACIÓN:
Percusión (golpe) o choque.
Compresión (reducción del tamaño por presión).
Frotamiento, abrasión o fricción.
Cizallamiento (tipo de deformación en que planos paralelos de una
pieza se desplazan paralelamente unos respecto de otros).
Desgarramiento.
OPERACIONES PRELIMINARES:
Las operaciones previas son:
Mondación: Selección de sustancias de pulverización.
División grosera: Establecer el tamaño que la máquina que va a
pulverizar necesite.
Estabilización: Es preciso para que por ejemplo sistemas enzimáticos
no degraden la sustancia.
Desecación: Para fármacos de origen vegetal y animal. Hay que
realizar siempre una desecación previa que facilite su posterior
pulverización ya que un cuerpo que contiene más de un 10% de
humedad se pulveriza con dificultad.
Depende de tres factores:
Naturaleza del producto.
Temperatura del aire empleado en el sistema de desecación.
Estado higrométrico del aire: Es el cociente entre la presión ejercida
por el vapor de agua en el aire y la presión de vapor de agua en un
momento determinado.
Pa: Presión actual del vapor de agua en el aire.
Pb: Presión máxima de vapor de agua en el aire.
Con un e 0 no se puede hacer desecación ya que la evaporación
superficial será mas rápida que el interior y se formara una costra seca.
No se puede utilizar ni aires muy calientes ni aires con e 0.
APARTADOS A CONSIDERAR:
1. Las leyes por las que se rige el fenómeno de pulverización en especial
por lo que se refiere a la energía necesaria.
2. Características que vamos a usar.
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3. Tipos de apartados que se pretenden usar y el campo especifico para
cada uno de ellos.
Hay dos tipos de leyes fundamentales:
Ley de Rittinger.
Ley de Kick.
Nos dan la energía necesaria para que el grano que nos dan lo
pulvericemos a un tamaño concreto.
LEY DE RITTINGER:
Útil para procesos de pulverización de materiales quebradizos con
pequeño tamaño de partícula.
El grano es más pequeño cuanta más pulverización y a la vez más
energía se necesita.
W= Trabajo.
Z= Factor de proporcionalidad, cuyas dimensiones son las
correspondientes a la tensión superficial
S= Incremento de superficie especifica que experimenta el
material.
Medir superficie es muy difícil, es más fácil medir linealmente pero
usamos volúmenes:
S/V= Superficie especifica.
Consideramos un cubo el volumen del grano:
Sabemos que:
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En general:
Si la geometría no es regular la A sería un número imaginario por eso
usa valores medios.
Cuando queremos hacer diferentes pulverizaciones:
Tenemos una partícula con dimensiones l0ln:
Seguimos pulverizando: Ln Lm.
Si dividimos los dos trabajos tenemos:
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Esta ley técnica no se cumple en la práctica si:
No hay isostenia.
No hay geometría regular.
Los sistemas de pulverización dan calor y es energía.
La energía se calcula y se pierde en forma de calor, de rozamiento, se
pierde en procesos no útiles. En teoría todo es para pulverizar.
Granos tienen planos de exfoliación que hace que se necesite poca
energía.
LEY DE KICK:
Permite hacer predicciones adecuadas del gasto energético de productos
que presentan tamaños de partícula elevados.
El trabajo (W) necesario para reducir el tamaño de una cantidad dada de
materia es constante para la misma relación de reducción cualquiera que
sea el tamaño original de la nueva superficie producida es necesario:
Lo que ocurre es que la energía se gasta, esta es la premisa que no es
cierta pero es teoría.
1 Mm. 0.5 Mm.
0.5 Mm. 0.25 Mm.
…
La energía necesaria para reducir el tamaño de la partícula
desde su valor inicial hasta el final esta relacionado
logarítmicamente con reducciones de tamaños.
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DESDUCCIÓN DE LA LEY DE KICK:
Si la energía que se gasta es siempre la misma tenemos que:
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RELACIÓN ENTRE LAS DOS LEYES:
Partícula más pequeña, más energía. Si tenemos que:
La ley de Kick responde a las pulverizaciones primeras, se llaman
“gruesos”.
La ley de Rittinger responde a la pulverización posterior y se llaman
“finos”.
PARÁMETROS DE PULVERIZACIÓN:
Índice de Rittinger; Energía necesaria para producir 1cm2 de
superficie libre de un sólido, expresando la energía en kg-cm.
Número de Rittinger; El inverso el índice de Rittinger que se usa
cuando en índice de Rittinger es muy pequeño.
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Se miden en molino de pilón que se usa para comparar los trabajos,
rendimientos y demás pulverizaciones, considerando que el rendimiento de
este es del 100%.
Bola de acero con peso determinado a una determinada distancia que
pulveriza por percusión:
Peso bola (Kg) por altura (cm) X cm2.
Infrarrojos (IR) 1 cm2.
Resolver la regla de tres.
CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL A PULVERIZAR:
Físicas.
Químicas.
Toxicológicas: Al pulverizar hay polvo que se sale a la atmósfera, hay
que saber su toxicidad.
Farmacológicas: Los vegetales son más fáciles de someter a
tratamiento.
1. Productos químicos:
Punto de fusión; Ya que en la pulverización se genera calor y
puede dañar la sustancia. Si es bajo se deben evitar sistemas
que produzcan calor en exceso.
Estructura cristalina; Ojo con los planos de exfoliación.
Contenido acuoso; Ya que un exceso puede dar lugar a la
formación de pastas.
Dureza y estabilidad o capacidad de erosión.
Sistema cristalino que condiciona su dureza El aparato a
usar.
2. Producto natural:
Contenido en agua y grasas dando pastas.
Estructura que condiciona el aparato a usar (leñosa, fibrosa).
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS:
Abrasividad; Que puede dañar el aparato.
Corrosividad.
Oxidabilidad; Es preciso pulverizar en ausencia de oxigeno (O2).
Higroscopicidad hay que controlar la cantidad de agua (H2O).
Capacidad de explosión; Hay que trabajar con cuidado con aquellos
productos que por percusión o golpeo pueden dar lugar a
explosiones.
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Inflamabilidad; El aumento de temperatura se produce en todo el
sistema de pulverización, puede favorecer la inflamabilidad de las
sustancias.
SISTEMAS DE PULVERIZACIÓN:
1. Aparatos de laboratorio:
o Pulverización grosera o intermedia (10 a 100):
Mortero: También se usa para mezclar, pulverizar por
compresión, entre la mano o pistilo y la superficie de
mortero. Pueden tener diferentes formas. La pulverización se
resuelve comprimiendo entre las paredes del mortero y la
superficie de la mano o pistilo, solo sirve para pulverizar
pequeñas cantidades, normalmente son de vidrio.
Tributadotes de hélices o de cuchilladas o rotatorios.
Tamices: Son superficie agujereados de acero inoxidable para
sustancias fácilmente pulverizadas.
Molino de anillo.
2. Aparato industriales:
a) Compresión:
o Pulverización grosera o intermedia:
Molino de rodillos (5mm a 850mm).
o Pulverización ultrafina:
Molino de anillos:
b) Percusión a alta velocidad.
c) Percusión o fricción a baja velocidad.
d) fricción o cizalladura.
COMPRESIÓN:
Molino de rodillos (5mm a 850mm): Consta de 1 ó 2 rodillos,
están situados en el mismo eje horizontal, son de diferentes tamaños,
separados entre si con superficie lisa o estriada (para pulverización
mas rápida). Un rodillo siempre esta fijo y el otro puede moverse para
acercarse o separarse. El rendimiento depende de la velocidad de
giro de los rodillos. La velocidad tiene un límite porque si gira muy
rápido las partículas quedan rodando por encima pro eso la velocidad
no puede ser elevada. También depende del tamaño de alimentación
que puede variar en función del tamaño de los rodillos y de la
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separación entre los rodillos. Para que los rodillos funcionen
adecuadamente se determina lo que se conoce como ángulos de
ataque “2 = 31º-32º” que no es mas que el ángulo formado por la
tangente (tg) de los rodillos.
Para que funcione adecuadamente se debe cumplir la ecuación:
L= Separación entre los dos rodillos.
En un aparato con un tamaño de rodillos fijo y una distancia fija
podemos fijar el tamaño de alimentación óptimo (Rp).
También como uno esta sujeto a un muelle y el tamaño del rodillo
y sabiendo el tamaño de partícula podemos calcular “L”.
Cuando existe un rodillo su superficie va a ser siempre dentada
para aumentar la velocidad de pulverización.
Molino de anillos: Modelo de Sturtevant, esta compuesto por un
cilindro de acero con una tolva situada laterlmente donde introduce la
alimentación a pulverizar, el cilindro va a girar a unas 300
revoluciones por minuto (r.m.p.). La parte inferior del cilindro esta
formado por una superficie agujereada de unos 5 cada agujero.
Dentro del cilindro hay unos anillos que son cilindros sujetos a un eje
que gira, están cercanos a la pared externa del cilindro grande, el
número de anillos internos varia con el modelo.
En un aparato con un tamaño de rodillos fijo y una distancia fija
podemos fijar el tamaño de alimentación óptimo (Rp). También como
uno esta sujeto a un muelle y el tamaño del rodillo y sabiendo el
tamaño de partícula podemos calcular “L”.
Cuando existe un solo rodillo su superficie va a ser siempre
dentada para aumentar la velocidad de pulverización.
Molino de anillos: Modelo de Sturtevant, esta compuesto por un
cilindro de acero con una tolva situada lateralmente donde se
introduce la alimentación a pulverizar el cilindro va a girar unas 300
r.p.m. La parte inferior del cilindro esta formada por una superficie
agujereada de unas 5 cada agujero. Dentro del cilindro hay unos
anillos que son cilindros sujetos a un eje que gira, están cercanos a la
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pared externa del cilindro grande, el número de anillos internos varia
con el modelo. Funcionan de modo que el entrar el sólido se
encuentra con el anillo y va al tamiz y si su tamaño es pequeño pasa
por los agujeros y si no pasa a otro cilindro, para que el sólido se
mueva por el interior del cilindro hay una corriente de gases o aire
que también contribuye a que estén secos y así no se aglomeran. Se
pulveriza por compresión del cilindro con la pared del cilindro
externo.
PERCUSIÓN A ALTA VELOCIDAD:
Molino de martillos (100mcm): Formado por martillos sujetos en
un eje de número variable. Es un aparato cilíndrico cuya parte inferior
es un tamiz con un tamaño de apertura de 100. La tolva esta situada
lateralmente, lo que gira son los martillos, el cilindro externo es fijo,
los martillos golpean y giran a altas velocidades, hasta 7000 r.p.m.
El martillos tiene una parte puntiaguda y otra recta que es con lo
que pulverizan, la parte curva se utilizaba para fragmentar pero
ahora son casi todas con parte solo plana.
La parte puntiaguda se utiliza para desgarrar sustancias
vegetales. El problema es que generan mucho calor así que nunca se
pueden utilizar con sustancias termolábiles.
Molino de púas o coronas: Las púas golpean la sustancia, estas
púas están sujetas en una corona. Son dos coronas situadas una al
lado de la otra con púas o salientes.
Las coronas pueden girar las dos o una sola, si gira una sola la
tolva esta a un lado y giran las dos están en el centro. Si giran las dos
la velocidad es mas alta.
La sustancia sale atravesando un tamiz interior con una abertura
de 30. Genera mucho calor, un problema es que las púas son finas y
no pueden pulverizar sustancias duras solo hasta 4 en la escala de
Mohr.
Los aparatos de pulverización ultrafina no tienen partes móviles,
entonces no se produce calor, se puede utilizar para sustancias
temolábiles, se clasifican por corriente e aire o gases.
Molino de chorro: Es el menos utilizado. Tiene una tolva con una
cámara después y hay una corriente de gas que puede ser aire, vapor
u otro tipo de gas, se pulveriza por percusión contra el aparato y
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contra si mismos debido a la corriente de gas a alta velocidad, a
través de una abertura fina pasan las partículas y se estrellan contra
una pared dura. Para que el sistema funcione el gas debe formar una
suspensión con la sustancia. La descarga de las partículas es
mediante un ciclón o una bolsa de tela.
Micronizador elíptico: Se puede usar para sustancias termolábiles,
el molino de chorro no clasifica el tamaño de partícula pero este si.
Formado por un recipiente con forma de elipse de gran tamaño y en
la parte inferior tiene unas ranuras por donde entra el gas o el aire,
las ranuras están colocadas en diferentes direcciones para que
después las partículas choquen entre ellas. Además de esto mediante
un tubo muy extraño entra aire a la tubería que conecta el recipiente
con la tolva. El aire tiene que ir a alta velocidad esto se consigue
introduciéndolo por ranuras, las partículas se expanden por el
recipiente y chocan entre ellas, las partículas salen por un ciclón que
esta en la parte superior y donde pierden la velocidad, solo las
partículas muy pequeñas podrán salir porque son las que se elevan,
las grandes bajan y vuelven a chocar. Se recogen en unas bolsas de
tela.
Micronizador circular: Se utilizan con productos que requieren
condiciones especiales, aquellas que tienen que ser estériles, tienen
poca capacidad, para productos ultrafinos. Formado por dos coronas
una más grande que la otra, la parte externa es lisa y la interior con
pequeños orificios y la alimentación se introduce por una tolva en el
círculo interno, además tiene una entrada de aire, gas o vapor que
llega a través de una tubería y se introduce en el cilindro exterior.
Existe un tubo que permite extraer la sustancia pulverizada que llega
hasta el círculo interno. Se introduce el producto, llega el aire por los
orificios y así adquiere fuerza y velocidad. Las partículas chocan
contra si mismas y contra el aparato porque no tienen partes móviles
para no generar calor.
Las partículas se sacan por el tubo, si el tubo se sitúa mas arriba
recogerán las partículas suspendidas mas arriba que serán las
partículas mas pequeñas pero si se sitúa mas abajo recogerá las
partículas que hayan sedimentado, las más grandes. Tamaño entre 1-
5.
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Microatomizador o molino de martillos con clasificación
interna: Es el único de pulverización ultrafina que tienen partes
móviles. Los martillos pueden ser varios apoyados en ejes que giran y
lo hacen sobre si mismos y cerca de ellos tienen una parte dura que
se llama “placa de yunque”donde chocan las partículas, lo hacen
contra si mismos y contra el aparato, que se consigue con la entrada
de aire que llega hasta la zona de molienda.
Tiene una diferencia con el molino de martillos, hace una
clasificación interna por unas aspas de ventilador en número variable
que giran a alta velocidad lo que hacen es rechazar las partículas que
quieran pasar a través de ellas por lo tanto solo pasan las partículas
mas pequeñas que salen por los colectores, para que salgan tienen
que hacerlo en la dirección AB y si son rechazadas van en dirección
BA. El producto se recoge junto con aire en una bolsa de tela. El
tamaño de las partículas se puede modificar variando el número de
aspas del ventilador y su velocidad de giro o modificando la velocidad
de martillos. Genera calor.
PERCUSIÓN O FRICCIÓN A BAJA VELOCIDAD:
Molino de bolas: 100. Es una carcasa externa cilíndrica que puede
ser mas larga que ancha o con el mismo diámetro de longitud, es
totalmente hermética que gira sobre si misma al apoyarse sobre dos
cilindros de goma. En el interior existe una serie de bolas que son del
mismo material que la carcasa, puede ser de acero inoxidable,
arcilla… Tienen una puerta para recoger el producto que esta
colocada en cualquier parte del molino. El sólido golpea contra las
paredes, contra las bolas y contra si mismo.
Tiene una velocidad de giro de máxima eficacia que permite
elevar las bolas a la máxima altura y caer golpeando el producto,
esta velocidad hay que calcularla porque si es pequeña las bolas
quedan en la parte inferior, si es elevada por la fuerza centrifuga
quedan pegadas a la pared del molino, las bolas deben caer en
régimen de cascada, la velocidad depende de la fuerza centrifuga y
de la fuerza de gravedad, así que cuando se igualan se puede
conocer la velocidad del molino:
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Fg = Fc
W= Velocidad angular.
= Número de revoluciones/minuto.
La velocidad optima esta comprendida entre 60-90% de la
velocidad crítica y se sabe por el ruido del molino.
El grado de firma que se puede alcanzar viene determinado por:
o Carga de materia: Si se llena mucho no golpean todas.
o Efecto de la carga: Si se llena mucho tarda mas en empezar a
pulverizar, si se llena poco las bolas se golpean mas entre si
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mismas y se estropean, tienen un limite hasta el 50% de su
capacidad.
o Tamaño de las bolas: Para hacer partículas mas grandes se
usan bolas mas grandes, el tamaño es directamente
proporcional a la raíz del diámetro de la alimentación:
K= Dureza de alimentación.
FRICCIÓN Y CIZALLADURA:
Molino de platos: Tienen dos platos que giran uno en frente del otro
que también tiene su superficie de pulverización estriada, pueden
girar los dos o uno solo, la pulverización es por fricción y cizalladura,
el giro es muy lento 20 r.p.m. La cizalladura se consigue porque estos
platos están muy juntos y tal como giran los platos gira el producto
sólido, si uno es fijo se consigue mejor la cizalladura.
Molino coloidal (1-10): Siempre tiene que haber un intermedio
líquido, se utiliza para reducir el tamaño de las emulsiones (las gotas)
o de las suspensiones. Tiene la parte superior fija que se llama
“estator” y la parte inferior gira y se llama “rotor”.
El producto llega por la parte superior en forma líquida, el rotor
gira a alta velocidad y se forma una pulverización por cizalladura
entre la capa del líquido del estator y otra lámina inferior de líquido
que gira con el rotor, sirve para romper células biológicas.
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TEMA 4. ANALISIS GRANULOMÉTRICO.
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO:
1. Determina el tamaño de las partículas de un sólido.
2. La distribución o la frecuencia de las partículas.
3. Forma de las partículas.
1. Determina el tamaño de las partículas de un sólido: La medida
del tamaño seria mas fácil si tuviesen una forma regular pero los
sólidos que se utilizan tienen formas irregulares, hay diferentes formas
de conocerlo:
o Asimilar una forma geométrica a la partícula irregular la misma
propiedad geométrica de una partícula regular.
Ejemplo: Diámetro esférico equivalente, en la esfera se mide una
dimensión lineal. Los diámetros esféricos equivalentes trabajan con
volumen, superficie, perímetro; de tamización, de sedimentación o
de Stokes.
Diámetros equivalentes:
o De volumen: Diámetro de una esfera que presenta el mismo
volumen que la partícula.
o De superficie: Diámetro de una esfera que presenta la misma
superficie que la partícula.
o De área proyectada: Diámetro de una esfera que presenta el mismo
valor de área proyectada que la proyección de la partícula.
o De perímetro: Diámetro de una esfera cuya proyección presenta el
mismo valor de perímetro que la proyección de la partícula.
o De tamización: Diámetro de la mayor esfera que atraviesa el mismo
tamiz que la partícula.
o De sedimentación o de Stokes: Diámetro de una esfera, de la misma
densidad que la partícula que sedimenta en un fluido a la misma
velocidad que la partícula.
Diámetros de microscopia:
o Diámetro de Feret: Es la distancia que existe entre dos tangentes
trazadas en la superficie de la partícula perpendiculares a la
dirección de medida.
o Diámetro de Martin: Es la distancia entre dos puntos extremos de la
partícula medida en la misma dirección del ocular que divide a la
partícula en dos partes iguales.
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o Diámetro del círculo de superficie equivalente: Diámetro de un
círculo que visualmente por microscopia se vea que es similar al de
la partícula.
Los dos primeros son medidas aproximadas porque dependen de
la colocación de la partícula lo que se hace es determinar diferentes
diámetros de Feret colocando la partícula en diferentes direcciones,
habitualmente se hacen 4 diámetros de Feret que difieren n 45º de la
colocación de la partícula y se hace una medida con los 4 diámetros.
Con el diámetro de Martin se hace igual.
2. Distribución de tamaños: Habrá que intentar conocer el tamaño
predominante de la muestra. Se hacen:
o Histogramas.
o Curvas de frecuencia (Normal, logarítmica-normal, Probit).
ANALISIS GRAMULOMÉTRICO:
Solamente se puede conocer la forma mediante técnicas de
visualización.
Etapas:
Tipo de información que se requiere: Depende de la forma final de los
sólidos.
Medida del tamaño: Para saber la forma ad admon.
Selección del equipo: Va a permitir determinar el tamaño y la
frecuencia de distribución.
Toma de muestra: La muestra debe ser representativa del total. Las
muestras hay que tomarlas a pequeños tamaños en diferentes
tiempos.
Muestreo primario: Se toman 0,1 - 1Kg. Un sistema muy
utilizado es la caja oscilatoria, toma muestras en movimiento a
pequeñas cantidades y a diferentes tiempos. El sólido cae por
una rampa a una caja que se mueve. Habitualmente esta
muestra no se puede utilizar porque es grande excepto para la
tamización.
Muestreo final: A partir de la primaria se toman pequeñas
muestras, que se cogen muestras a diferentes tiempos, la
muestra esta en movimiento, se suele hacer con un Riffler
formada por una rampa de caída y un carrusel con unos
cilindros que giran y recogen la muestra.
23
Preparación de la muestra: Esto no hace falta hacerlo siempre porque
hay sistemas de análisis granulométrico que necesitan hacer una
preparación por ejemplo la sedimentación.
Realización del análisis.
Tratamiento de los resultados.
Los métodos que se pueden utilizar en análisis granulométricos son
varios: Microscopía, ultramicroscopía, tamización, sedimentación,
difusiometría...
También se pueden separar los métodos en función de sus propiedades:
Propiedad geométrica:
Tamización: Para 40, los tamaños han de ser grandes y se trabaja
con cantidades grandes (100gr). Se trabaja con un tamiz, la
superficie puede estar formada por un entramado de hilos
metálicos o de hilos textiles de forma esférica, se soporta sobre un
bastidor que puede ser de varios materiales.
La superficie normalmente es circular.
Con un tamiz se obtienen dos fracciones granulométricas.
Rechazo: Todo la que queda encima del tamiz que no lo atraviesa.
Cernido: Lo que atraviesa el tamiz también se le llama finos. El
tamaño de las fracciones granulométricas se puede determinar
por el agujero cuadrado del tamiz:
Luz de malla: Distancia entre dos hilos consecutivos del tamiz
(L).
Ancho de malla: Distancia entre los centros de dos hilos
consecutivos (M):
TAMICES EN SERIE Y EN CASCADA:
Los hilos son de tejidos, en industria se usa 3-9 tamices unidos y se
proporciona en movimiento del tamiz y del sólido.
La agrupación es de dos tipos fundamentalmente:
A. En cascada: Se aceptan varios tamices, el numero viene dado por
la farmacopea. Se aceptan en vertical.
El tamiz que se pone arriba por donde cae la alimentación tiene
la abertura mas grande de malla y así sucesivamente cada vez la
abertura es mas pequeña.
24
Siempre tiene un fondo receptor abajo y una tapa que tapa el
tamiz superior para que no salga el producto bruto con el
movimiento.
Con “n” tamices se obtienen “n+1” fracciones granulométricas.
Cada cernido es el producto bruto del siguiente tamiz.
B. En serie: Son tamices de numero variable colocados en una línea
horizontal, entonces el producto bruto se echa en el de menor
abertura de malla. El rechazo de cada tamiz se lleva al siguiente de
menor abertura. Tenemos:
Un rechazo.
Número de tamices igual al número de cernidos.
Este sistema es menos usado, siempre hay que acoplarlo a un
sistema que dé movimiento.
PROBLEMAS DE LA TAMIZACIÓN:
1. Sobrecarga de tamices.
2. Existencias de fuerzas electrostáticas.
3. Existencia de humedad.
4. Características de adherencia de algunos sustancias.
5. Falta de tiempo insuficiente.
6. Irregularidades del tejido o dilatación de las mallas por el producto
entonces los gruesos pasan como finos.
Se sobrecargan los tamices; Es el problema mas grande. Puede influir en el
error de pesada, a mas carga mas tiempo.
En sólidos no se puede usar un tiempo prolongado porque con el
movimiento se puede pulverizar y ya el tamaño de partícula no es el que
queremos:
Si la carga de material es pequeña los errores en pesada pueden ser
elevados;
25
El proceso de tamización es bifásico:
1. Fase 1: Superficie abierta, elevada velocidad de tamización.
2. Fase 2: Partícula tiene que moverse, para que pase esto está
condicionado por la geometría de la partícula:
Fase 1: Corresponde al paso de las partículas cuyas tres
dimensiones son inferiores a la abertura de malla.
Fase 2: Paso de partículas en la que una de sus dimensiones es
mayor que la abertura de malla.
Cuando es irregular: Se tiene que colocar para pasar por el agujero de
malla. “Formas irregulares”: Fase 2 mas importante.
Si no hay tiempo suficiente: No se alcanza el 100% del rendimiento
en la fase 1 (predominan partículas esféricas).
PROPIEDADES DEL MATERIAL:
Cuando las partículas son muy pequeñas por el movimiento crean carga
electrostática dando:
Unión entre partículas y parece ser mas grande.
Se pegan a los hilos: Entonces lo taponan.
26
Con la humedad se forman aglomerados y dan partículas mas grandes,
puede pasar que las mallas son irregulares y pasan al cernido partículas
mas grandes.
CALIBRACION DE TAMICES:
Se hace por microscopía, se ven los hilos que deben ser siempre entre
25-50 y no deben estar:
Con roturas.
Desiguales.
Con dilataciones.
También se usan materiales de referencia que son las microesféras que
pueden ser de vidrio (mas usado) o de polietileno, el tamaño debe ser
determinado y se sabe que la distribución que se obtiene tras su tamización
es Logarítmica-normal ya determinado.
Hay que tener un juego de tamices de referencia que no se usa, de modo
que cada 20-30 análisis se tamiza con los de referencia que están
calibrados.
Si los resultados difieren entonces existe un problema y se desprecian
los habituales.
INDICE DE TAMIZACIÓN:
Permite saber el rendimiento:
Ic= % de peso del material que atraviesa en tamiz.
Ic= Indice de cernido.
C= Peso del cernido.
B= Peso del producto bruto.
Ir= Indice de rechazo.
Cuando se trabaja con una tamización en cascada con varios rechazos y
un cernido, para saber el Ir tenemos que:
con estos índices se calcula el poder separador (% de finos que
realmente atraviesa el tamiz, la eficacia). Hay dos tipos de poder separador:
1. De finos.
2. De gruesos que pasan por error.
Se necesitan técnicas de microscopía para ver los finos y los gruesos.
27
Si el tamiz es perfecto:
1. Finos: 100%.
2. Gruesos: 0%.
El rendimiento de tamización viene dado por:
CLASIFICACIÓN DE SÓLIDOS:
Cuando se clasifica un sólido con un solo tipo de tamiz en principio debe
dejar pasar el 95% del sólido.
En la farmacopea europea: Los polvos microfinos, el polvo pasa en su
totalidad a través del tamiz 90.
Si no se especifica nada un tamiz deja pasar como mínimo el 95% y
como máximo el 40%.
CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE TAMICES:
28
TEMA 5. MEZCLADO.
TIPO DE MEZCLAS:
El mezclado es una operación básica, la mezcla se realiza con grandes
cantidades que luego se subdividen las dosis unitarias por subdivisión
volumétrica. Pueden ser:
Randomizadas: Son mezclas de diferentes sustancias sólidas,
realizado totalmente a lazar sin condicionar ningún xámetro de modo
que en cada lugar existe la misma proporción de componente, esto
se conoce haciendo un muestreo adecuado analizando la cantidad de
principio activo. Los sólidos tienen que tener unas características:
o Bajas fuerzas atractivas o de cohesión.
o No deben tener fuerzas de adhesión.
El problema en estas mezclas es la segregación porque tienden a
separarse.
Ordenadas; Se formulan con materiales sólidos. Se realizan
mezclando ordenadamente materias con propiedades diferentes
normalmente de tamaño muy diferente para que las partículas
pequeñas se dispongan alrededor de las grandes. Estas mezclas
pueden ser;
o Ordenación mecánica; Se hace subdivisión y agregación.
o Adsorción superficial; Productos de un tamaño grande capaces
de adsorber en su superficie partículas de otros compuestos
que tengan un tamaño pequeño.
o Recubrimiento; Para microcápsulas.
Habitualmente se usa la adsorción superficial, el tipo de
sustancias sólidas que se mezclan deben tener malas propiedades
reológicas.
Alta fuerza atractiva.
Alta fuerza de adhesión e intentan que las fuerzas de
cohesión sea mas baja que la de adhesión.
El compuesto minoritario se recubre del mayoritario, se usa para
hacer dosis unitarias muy pequeñas. Debido a las malas propiedades
reológicas el problema es la rotura de los aglomerados.
Siempre hay que trabajar con una proporción ordenada, que las
partículas finas son más que las gruesas, la diferencia de tamaño
29
grande y que las partículas finas sean del mismo tamaño y los
gruesos igual.
MECANISMOS DE SEGREGACIÓN DE MEZCLAS RANDOMIZADAS:
La segregación puede ocurrir por acción de la gravedad.
Producidas por determinadas propiedades de la partícula:
o Diferencias del tamaño (fundamentalmente).
o Diferencias de densidad.
o Diferencias de forma y rugosidad.
o Diferencias de elasticidad y adaptabilidad.
Por diferencias del tamaño:
Segregación debido a la trayectoria de la partícula.
Precolación de partículas finas; Porque siempre se van a colar
por los huecos y van quedar al fondo del recipiente;
Vertido; Al verter acaban en el fondo.
Agitación; Se colocan y acabarán en el fondo.
Segregación de partículas gruesas; Por vibración, esto se
puede comprobar si colocas las grandes abajo y las finas
arriba, por vibración termina arriba las grandes.
MECANISMOS DE MEZCLADO (LACEY):
Son fundamentalmente tres:
Difusión: Las partículas se desplazan por plano indicados dentro de
la masa de otras partículas.
Convención: Las partículas se desplazan por planos circulares
dentro de la masa de otras.
Cizallamiento: Las partículas se desplazan por planos paralelos.
Los mecanismos de difusión y cizallamiento son los que mas problemas
dan, si hay problemas de segregación, pero si se aplica convención no se
manifiestan los problemas de segregación.
CARACTERISTICAS FISICAS A CONTROLAR:
A. Propiedades reológicas y características físicas de los sólidos
a mezclar:
1. Comportamiento reológico: Flujo, deformación y xámetros, IC,
IH, porosidad, ángulo de reposo y vertido…
2. Estructura del sólido.
3. Forma cristalina.
4. Granulometría.
30
5. Electricidad estática.
6. Humedad.
7. Friabilidad y dureza.
B. Factores que pueden afectar a la estabilidad de la mezcla:
1. Humedad: Comportamiento de los productos frente a la
humedad (delicuescencia, efluorescencia, hidrólisis, etc).
2. Punto de fusión de la mezcla y de los productos: Eutexia.
3. Incompatibilidades entre productos: Oxidaciones.
4. Reacciones químicas entre productos.
C. Dispersión granulométrica de la mezcla:
1. Isométricas: Igual tamaño de la partícula. Para randomizadas.
2. Anisométrica; Para mezclas ordenadas.
D. Proporcionalidad de los componentes de la mezcla:
1. Técnica de las diluciones sucesivas.
2. Técnica de la disolución en solventes.
MUESTREO:
Para ver si la muestra es homogénea, se analizan cualitativamente uno o
más componentes generalmente del principio activo.
Hay dos formas:
Randomizada: Se toma cantidades pequeñas y se analizan
concentraciones de principios activos. Se usan programas de
números aleatorios, tienen que tener las muestras el mismo peso.
Tiempo al azar.
Sistemático: Se establece tiempo y lugar para coger la muestra
estudiando el aparato y los componentes.
Hay que tomar pequeñas muestras a tiempos determinados y en
movimiento.
Hay que coger muestras completas, el mismo peso y en el mismo lugar.
El numero de muestras a de ser mayor o igual a 20 ( 20) y el tamaño a
de ser 3 veces la dosis en la que va a estar.
En industria hay una sonda en el mezclador y lo hace solo.
Los criterios de homogeneidad son muy estrictos.
Para evitar la segregación es que tengan malas propiedades de
movilidad se evita reduciendo el tamaño 50m poca movilidad. Se
produce en mezclas randomizadas.
31
Las mezclas ordenadas no hay, solo se produce cuando se saturan los
puntos de unión de finos y gruesos o cuando los finos son desplazados por
otros componentes en el grueso.
INDICES DE MEZCLADO:
Son índices estadísticos, lo más normal es usar la desviación estándar:
xi= Valor de cada muestra.
n= Número de muestras.
Media de xi.
También se usa la varianza:
A menor DS, mayor homogeneidad.
El valor de DS es un xámetro que tiene como patrón la VT y depende del
número de muestras a analizar (grande).
Los índices de mezclado son muchos, los más usados son los de
“Lacey” que se correlacionan muy bien con la velocidad de mezclado.
Lo de Lacey se basa en:
1. Desviación estándar.
2. Desviación de mezcla total desmezclada. DS máxima:
Media fracción en peso del compuesto determinado.
Se supone que son mezclas binarias isométricas y esferas.
3. Desviación mínima: Mezclado perfecto:
El índice de mezclado de Lancey es:
En una mezcla ordenada la DSmin Lancey será siempre 0.
A medida que aumenta el tiempo de mezclado, aumenta DSmin Lancey
y disminuye DSmax Lancey.
VELOCIDAD DE MEZCLADO:
A= Mayor grado de mezclado.
32
A diferente tiempo
randomizado o sistema se muestra
y representa:
Se puede poner log y dan una
recta (mejor).
No tener mucho tiempo mezclando porque se pulveriza (rudos cual
galápago).
TÉCNICAS DE MEZCLADO:
1. Manual:
Con espátula: Sobre papel o placa de vidrio.
Mortero: Sin comprimir porque sino pulverizamos.
Tamizado: Si se pasan por tamiz se mueve el tamiz o sólido.
2. Agitación o volteo:
Solo se puede hacer a nivel de laboratorio (recipiente con tapa).
3. Automatizado:
En la industria.
Se puede hacer mezclado:
o Simple: 90% -10%.
o No simple: No mucha diferencia.
Es bueno usar un colorante como excipiente o como
colorante en proporciones de principio activo se mira el
color.
o En sándwich: Se añade una parte del mayoritario después
del minoritario y después resto del mayoritario.
CLASFICACION DE MEZCLADORES:
1. Móviles: Se mueve el aparato. Son los mas simples y baratos.
Movimiento de rotación de los recipientes.
2. Estáticos: Se mueve el sólido o tiene agitadores externos.
3. Leche fluido: También se usan para granular y secar.
1. Móviles:
33
a) Sin agitación interna: Trabajar en condiciones de difusión y
cizalladura, si se producen segregaciones se separan. Son
discontinuos:
Cilindro o Rulón: Movimiento de rotación sobre un eje
horizontal, recipiente en diagonal.
En “V”.
b) Con agitación interna A.V.:
En “V”: Es el único que es continuo. Son varios mezcladores
unidos, se pueden descargar en:
o Maquina de comprimir.
o Maquina de granular.
Tubo en zig-zag evita segregación.
Doble cono.
General:
Todos son discontinuos (menos en “V”).
Son fáciles de limpiar, el único problema es que agravan el
problema de segregación
Los agitadores están en la horizontal y se mueven en sentido
contrario al eje del aparato.
El grado de mezcla llega directamente a la f.f en el de “V”.
Requisitos:
Carga no excesiva: Rendimiento cuando esta a un tercio (1/3)
de su capacidad.
Limitado por la velocidad de giro de 30-100 r.p.m. depende del
tamaño de aparato y de la cantidad que tenga.
Se pueden usar sustancias termolábiles si paras cada poco.
2. Estáticos:
a) Agitación interna: Mecanismo de difusión-cizallamiento. Son
cilindros que se distinguen en función del movimiento:
Interno.
Aparato se mueve.
Planetarios: Los agitadores estáticos también se llaman
“amasadores” porque mezclan sólidos y líquidos. Son muy
útiles para la granulación antes de formar comprimidos.
Malaxadora de doble zeta: Es un contenedor mas largo que
ancho y dentro tiene dos dobles zetas colocadas en diferentes
34
ejes y que giran en sentido contrario. Se usa para mezcla de
sólidos y líquidos. Para aumentar masas sólidas para la
granulación.
Con tornillo helicoidal: Son tornillos giratorios que pueden estar
en el centro y desviado hacia un lado, giran sobre si mismos
moviendo el sólido de abajo a arriba para mezclar sólidos y
líquidos. también pueden ser cintas en vez de tornillos.
Se llaman “orbitales” a aquellos que tienen un tornillo
helicoidal con punto planetario, gira sobre su eje y sujeto a una
pala para el movimiento planetario.
Tanto si el tronillo es simple como si esta en un tubo se
mezcla por mecanismos difusivos y conectivos, por tanto se
pueden usar como segregantes.
No crean zonas muertas (zonas donde no e esta
produciendo el mezclado).
De cintas: Funciona por mecanismos conectivos, se usa para
mezclar sólidos y líquidos y sólo sólidos. Son dos cintas
helicoidales de diferente diámetro externo que gira a velocidad
lenta con mayor diámetro externo que gira a velocidad rápida
con diámetro más pequeño. El problema es que debido a la
presión que generan las cintas que pueden pulverizar o
disminuir el tamaño de partícula y crea zonas muertas.
Con agitadores internos a alta velocidad o de proyección,
se distinguen por sus características externas.
Horizontales-Lodige.
Verticales-Collete.
Se usan para el amasado sólido-liquido. Los elementos
móviles tienen movimiento sobre si mismos, hay dos
elementos móviles, palos y cuchillos que pueden girar juntos o
por separado, si solo giran lo cuchillos se usa para cortar no
como aparatos de mezclado.
Horizontal-Lodige: Tanto palas como cuchillos, en el mismo
eje de giro a alta velocidad.
Vertical-Collete: En una cubeta, palas cuchillos en el mismo
eje, el movimiento puede ser planetario, en un lateral
soportado sobre el mismo eje están los cuchillos y giran
35
sobre si mismos y alrededor de la cubeta y las paletas
abajo. Si funcionan ambas el mecanismo de mezclado es
convectivo, actúan fundamentalmente como amasadores
sólidos-líquidos.
Estáticos: Son sistemas que comunican una operación básica
previa con otra posterior, pueden comunicar una pulverización
con una compresión. En el interior tiene tabiques defectores
que hacen que el mezclado sea conectivo. Se usa para
sustancias con diferente tamaño, densidad con problemas para
formar mezclas randomizadas.
36
TEMA 6. REOLOGÍA DE SOLIDOS PULVERIZADOS.
PROPIEDADES REOLÓGICAS DE LOS SÓLIDOS:
Es el estudio de las propiedades de flujo y de deformación de los sólidos.
Flujo: Facilidad de desplazamiento en una sustancia.
Deformación: Facilidad de deformación.
Dependen de propiedades inherentes el sólido. Estas propiedades
pueden ser: Modificables o no modificables.
El que un sólido presente propiedades de flujo depende de las fuerzas de
cohesión, cuanto mayor sea esta fuerza, mayor a de ser la fuerza externa
para moverlos.
Fuerzas de cohesión:
Fuerzas de Van Der Walls.
Fuerzas electrostáticas.
Fuerzas capilares: Se generan al existir agua dentro de las
partículas o humedad residual alrededor de las partículas.
Fuerzas de fricción: Son más grandes cuanto más irregulares sean
las partículas.
Superficie de contacto:
Suponemos la forma geométrica regular de esfera y son isoméricas.
Nos permite conocer diferentes disposiciones de los sólidos al aplicar una
fuerza externa.
Se conocen empaquetamientos que se harán más o menos
compactos con una fuerza externa de forma teórica.
TIPOS DE EMPAQUETAMIENTO:
1. Cubico: Mas espacios vacíos entre partículas. Cada partícula tiene 6
puntos de contacto con las partículas vecinas.
2. Rombohédrico: Menos espacios vacíos entre partículas, 12 puntos de
contacto al aplicar una fuerza externa entre un volumen inicial y un
volumen final su diferencia es pequeña, es lo mejor para f. f.
3. Relleno al azar: Tiene 48-20% de espacios varios, no hay números de
contactos determinado. Intermedio entre el cúbico y el rómbico.
En la práctica:
No son regulares: Pueden encajar más entre ellas.
Puede haber fuerzas que las unen entre sí.
Los más pequeños la introducen en los huecos.
XÁMETROS DE EVOLUCIÓN DE FLUJO:
37
1. Indice de Carr: Estudia la capacidad de compresibilidad de los sólidos
purulentos, entendiendo por ello la facilidad de un material para reducir
su volumen cuando se somete a la acción de una fuerza externa.
Se determinan con un volume ｿ ｿ ｯ ｯ ｯ ｿｯｯｿｯｿｯｯ
ｿｯ ｯ ＿ ｿ ｿ ｯ ｯ ｯ ｿ ｿｿｿｿｿｿｯｯｿｯｿ＿ｿｯｯｿｯｿｿ
ｯ ｿ ｯ ｯ ｯ ｯ ｯｯｿ ｯｿ ｯ ｿ ｯｿｯｿｯｯｿｿｿｯｿ al:
Va= Volumen aireado.
Da= Densidad del polvo aireado.
DV= Densidad del polvo vibrado.
Muy útil para conocer la compresibilidad del fármaco.
Más pequeño I. C. No hay fuerza de cohesión Más flujo.
Cuando es 18-21 es aceptable, hay que añadir un excipiente
generalmente un lubricante.
2. Indice de Hausner:
Se calcula con el volunámetro de asentamiento.
No es un %:
1,2 Fricción interparticular baja.
1,6 Material cohesivo, mucha fuerza de cohesión, suele
ser material pequeño.
3. Porosidad:
Vi= Volumen de espacio vacío.
Va= Volumen aireable.
A mas porosidad, mas velocidad de disolución.
38
4. Determinación del ángulo de reposo/vertido: Con el objeto de
determinar el ángulo de reposo se puede recurrir a distintos
procedimientos más estáticos: Cono altura fija, cono base fija, recipiente
inclinado. Otros de carácter dinámico: Cilindro rotatorio. La descarga de
un polvo a partir de un recipiente origina montones en los que es posible
medir el ángulo de vertido.
Inconvenientes:
Solo útiles para sólidos poco cohesivos, se usa mezclas.
Falta de reproducibilidad de resultados:
Si ángulo reposo es menor de 25º fluyen bien.
Si ángulo reposo mayor 40º flujo deficiente.
Se hace con un embudo y se deja caer una cantidad de sólido.
En principio cae sobre una superficie plana dando un cono con una
cohesión mayor o menor.
A más fuerza de cohesión más cónico.
Angulo de reposo: Relacionado con la fricción interna o cohesión de las
partículas:
Angulo de reposo: Es aquel que forma la superficie lateral del cono con la
horizontal.
La diferencia del ángulo de reposo y del de vertido es la forma de caer.
Angulo de vertido: Cantidad de sólido que se deja caer abriendo un
espacio en el recipiente que contiene el sólido.
Se relacionan con:
Fuerzas importantes:
Fuerza de cizalla: Fuerza necesaria para mover sólidos que están
unas enzima de otras. Permiten evaluar las propiedades de flujo
de un material determinado, la resistencia al desplazamiento de
dos capas sucesivas de partículas de un lecho de sólidos
purulentos. Se usa la célula de Jenique: “Recipiente cilíndrico
dividido horizontalmente en dos partes, la inferior fija y la superior
39
se desplaza, lleva acoplado un transductor que mide la fuerza
tangencial aplicada”.
La célula de Jenique permite conocer la fuerza tangencial que
hay que aplicar para que se deslice la parte superior para una
misma fuerza normal aplicada.
0,0 = Fuerza cizalla para mover una masa de sólido que esta
encima de otra.
Fuerza cizallada indicada;
Fuerza cohesión.
Flujo.
FACTOR FLUJO:
Relacionado con la fuerza cizalla, permite clasificar los materiales según
su fluidez:
Cuando es menor de 1,6 el material es muy cohesivo, ni siquiera
usando el lubrificante.
Cuando es mayor de 10 es un material con buen flujo.
PROPIEDADES DE DEFORMACIÓN:
Deformación plástica: Son aquellas que se mantienen una vez que cesa
la aplicación de la fuerza.
Deformación elástica: Son aquellas que desaparecen una vez que cesa la
aplicación.
Es necesario que la fuerza sea elevada, esto se consigue con maquinas
que pueden ser:
Prensas.
Maquinas de comprimir.
Cuando la presión es muy elevada se produce la fragmentación y la
rotura.
La relación entre la presión ejercida y la deformación producida es lineal
se calcula por la “ley de Hooke” y la pendiente se calcula por el método
40
de “Young”. Llega un momento que la deformación es máxima y a este
punto se la conoce como “punto de fractura”, cuanto más alto sea mejor.
La relación presión-deformación plástica es una curva, pero la primera
fracción de la curva la presión es baja y entonces estamos en una
deformación elástica que es lineal hasta el limite elástico, a partir de
valores superiores al limite de elasticidad comienza la deformación plástica
que llega hasta un punto máximo que es el punto de fractura. El área bajo
la curva en ambas gráficas indica la energía o trabajo necesario para
producir la deformación.
Sólidos elásticos: Suelen ser sólidos cristalinos.
Sólidos plásticos: Son los sólidos amorfos y los microcristalinos,
también son los tejidos vegetales porque tienen estructuras fibrosas
que aguantan grados de deformación elevado, los polímeros porque
son capaces de mantener una nueva estructura cuando cesa la
presión.
PROPIEDADES REOLÓGICAS DE LOS SÓLIDOS:
Deben presentar:
Buen flujo (desplazamiento).
Deformación plástica fundamentalmente.
Cuando no cumplen esto hay que modificarlo:
No se puede modificar:
Estructura molecular.
Composición química.
Se puede modificar:
Densidad y porosidad.
Tamaño y distribución.
Forma.
Textura superficial.
Carga electricostática.
Humedad.
PROCEDIMIENTOS TECNOLÓGICOS PARA MEJORAR LAS PROPIEDADES DE
FLUJO:
Granulación: Aglomera partículas de diferentes sólidos dándolas una
forma redondeada (aumenta de tamaño) por tanto se modifica la forma y
rugosidad de las partículas, la distribución, la textura superficial
(rugosidad, la humedad que lo mantienen aislada de los excipientes).
41
Adicción de agentes lubrificantes por mezclado: Lo que hacen es
redondear las partículas aislando unas de otras por tanto baja la tensión
superficial.
Secado por automización: Mejora las propiedades porque se consiguen
formas esféricas prácticamente perfectas.
42
TEMA 7. DESACACIÓN.
Eliminación del líquido contenido en un sólido y fundamentalmente
eliminación de agua o humedad.
FACTORES QUE JUSTIFICAN LA DESECACIÓN:
1. Mejor conservación y estabilidad porque el agua es un buen medio de
crecimiento de microorganismos, hidrólisis de partículas.
2. Es un proceso importante para facilitar posteriores fases de fabricación
de formas medicamentosas.
3. Reducción de peso y volumen y por ello reducir costes de traslado.
Se realiza habitualmente por calor pero también por: Expresión,
adsorción y liofilización;
Por calor: Se hace por corrientes de calor que implica el paso de
calor y transferencia de materia, agua.
Expresión: Se hace sometiendo a presión un material, se hace para
pastas semisólidas.
Adsorción: El sólido se mezcla con sustancias descantes como el
silica gel o el cloruro cálcico, se usa como mecanismo accesorio.
Liofilización: Secado en frío.
CALOR:
Puede ser (la transmisión de calor):
Por convención.
Por radiación: Desde las paredes al aparato.
Por conducción: Desde los soportes que contienen el sólido y desde
el mismo sólido.
Hay que hacer dos estudios:
Estática de secados: Permite conocer como esta el agua incluida en
el sólido y el estudio del comportamiento del sólido con respecto al
agua.
Dinámica del secado: Para saber cuanto tiempo y a que
temperatura.
1. Estática del secado: Los sólidos pueden ser:
Sólidos insolubles:
Húmedos: Aquellos que contienen en su interior agua con
una presión de vapor igual a la del agua libre a las mismas
condiciones de presión y temperatura, por tanto un sólido
43
húmedo es inerte al agua del ambiente. Sustancias
inorgánicas para valores bajos de condiciones ambientales.
Higroscópico: El agua del interior ejerce una presión de
vapor inferior a la del agua libre a las mismas condiciones
de presión y temperatura, por tanto tiende a captar agua
del ambiente hasta convertirse en sólido húmedo.
Sustancias coloidales hasta humedad mayor del ambiente.
Si relacionamos la humedad relativa del aire con la del sólido
tenemos la curva de equilibrio:
Todos los puntos de la curva indican que para una presión de
la humedad del aire hay una humedad del sólido para que este
en equilibrio, a esto se le llama “humedad de equilibrio del
sólido” que siempre esta referida a una humedad relativa del
aire (X0).
Humedad libre: La humedad en exceso de un sólido
insoluble (XL):
Si la humedad del sólido es superior a la humedad del
aire, el sólido tendera a perder el agua hasta equilibrarse:
(X2-X0)
Si la humedad del sólido fuese inferior a la del aire que
le rodea, el sólido tendería a ganar humedad hasta el
equilibrio:
44
X0 – X3 Humedad que debe ganar.
Higroscópicos: Tienden a captar el agua por lo tanto en
representación están a la izquierda de X0.
Como actúa el agua dentro del sólido:
Dentro de un sólido insoluble el agua puede estar
retenido, absorbido o unido a él por uniones determinadas,
a esto se le conoce como HUMEDAD LIGADA (humedad
mínima de un sólido para que deje de comportarse como
higroscópico).
Para su eliminación seguirán leyes distintas a las que se
siguen cuando el agua está fuera (distinta evaporación).
El sólido puede tener agua adherida a la superficie que
se elimina por las mismas leyes que cuando el agua está en
sistema abierto, es decir, por evaporación y es HUMEDAD
DESLIGADA (diferencia entre la humedad total de un cuerpo
húmedo y la Xligada.
La humedad ligada es difícil de eliminar y siempre es la
última que se elimina. Cuando un sólido higroscópico ha
captado el agua suficiente para estar en equilibrio eso será
humedad ligada. También es la humedad que tiene un
sólido que está en equilibrio con aire saturado:
La humedad desligada es la primera humedad que se
elimina en la desecación, solo hay que pasar el agua al aire.
En la ligada se tiene que producir por mecanismo de
difusión.
Sólidos solubles: Puede captar agua del ambiente. Si la presión
de vapor de la disolución saturada del sólido es menor de la
presión de vapor del ambiente (PV) el sólido soluble se disolverá
en el agua y forma una disolución saturada, si una vez formada
45
la disolución la presión sigue estando inferior se intenta llegar al
equilibrio por que el sólido sigue captando agua y se forma la
disolución diluida.
El aire debe tener una presión de vapor constante. Si varia,
un sólido soluble se disolverá o precipitará. Si llega a ser inferior
a la PV del sólido precipita.
o Sólidos delicuescente: Es aquel que puede disolverse o
precipitar en condiciones normales del aire, no en aires
saturados.
Cuando precipitan puede ocurrir que sea un sólido
soluble con moléculas de agua de hidratación, lo que hacen
es ceder moléculas de agua y pasar al estado de
hidratación inferior, a estos sólidos se les llama
“eflorescentes”.
2. Cinética de secado:
Sólidos insolubles: Estudia el modo de eliminar la humedad del
sólido para corrientes de aire caliente.
o Velocidad de secado: Masa de humedad que se elimina por
unidad de tiempo y de superficie mojada expuesta:
El aire debe ser constante en: Presión, temperatura, X
(humedad), velocidad e ir determinado por pesada la
humedad que se pierda, se llega a eliminar la humedad del
sólido hasta llegar al equilibrio.
Velocidad de secado:
Periodo de inducción: Indica el acoplamiento del sólido
que se va a secar el entrar en contacto con el aparato de
secado.
Periodo de velocidad constante: Corresponde al tramo
recto de perdida de humedad en función del tiempo, se
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elimina la humedad desligada que tiene un sólido
insoluble. La temperatura Temperatura del aire.
o En el periodo de velocidad decreciente: La temperatura va a
aumentar también se llama “periodo poscrítica”, se
elimina la humedad ligada en función de los enlaces que
tenga el sólido con el agua, puede haber diferentes tramos.
No es lineal ni homogéneo, la temperatura es parecida a la
temperatura seca.
o Velocidad critica: Es constante y llega hasta que se alcanza la
humedad critica.
Se puede saber integrando entre una humedad inicial y
una final:
En un sólido giroscópico nunca existe esta Vc porque no
tiene agua destilada por tanto siempre se ira eliminando
agua con aumento de temperatura.
Cuando la velocidad de secado poscrítica disminuye de
modo lineal es difícil determinar el tiempo, pero si es lineal es
fácil saberlo integrando entre las dos humedades:
Poscrítico:
Antecrítico: Vc constante
Para el periodo poscrítico es mejor hacer la
representación de la inversa de la velocidad frente la
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humedad y el área bajo la curva nos da la integral entre dos
humedades.
En el periodo antecrítico se elimina un capa de agua
desligada por tanto la temperatura y volumen es constante,
podemos conocer la temperatura del sólido por la
temperatura húmeda del aire y la velocidad de eliminación
(la temperatura húmeda del aire se mira en el diagrama
psicométrico):
Se conocen dos formas de eliminar el agua interna del sólido:
Flujo difusional: Fluye capa a capa hasta que llega a la
superficie.
Flujo capilar: Fluye por capilares.
La mayoría de las sustancias farmacéuticas lo hacen por
estas dos formas, es fácil que las sustancias tengan mezclas
de estos dos mecanismos.
Para saber como el sólido elimina el agua hay que
introducir sendos:
Flujo difusional en gomas, gelatinas, materiales de cadena
largas, fibrosas.
Flujo capilar en material granulado.
El secado poscrítico se halla mediante la representación
de:
Si se obtiene línea recta es si la salida del agua es por
difusión, si el tramo inicial es curva es por capilar y luego
recta es por difusión luego eso es una mezcla de ambas.
Potencial de desecación:
Indica la facilidad de secado y el aparato a utilizar, viene dado por la
diferencia entre la temperatura del aire utilizado y la temperatura de la
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superficie del sólido, a esa diferencia se la conoce como potencial de
desecación, en principio cuanto mas grande sea mayor será la desecación,
pero esto no siempre es así porque se forma una costra seca que da lugar a
estructuras cerradas que impiden la salida de agua, entonces esto depende
de la humedad de desecación, también depende del mecanismo de salida
del agua interna.
o Equipos de desecación: Depende de:
Tipo de material: En principio vamos a usar por transferencia de
calor por convención.
Método de calefacción.
Método de funcionamiento.
A. Sistemas por convención:
Por ventilación: Por corrientes de aire caliente hasta el máximo
potencial de desecación que se puede usar. Se introduce el aire en un
aparato a una temperatura y X determinada y al cabo de un tiempo
pierde su potencial entonces ese aire se puede volver a usar
calentándolo de nuevo o introducir otro aire. La recalefacción del aire
se usa porque es económico y porque la desecación se hace en un
aparato donde esta estancado, al recalentarlo la humedad se eleva.
o Discontinuos; Estufas que pueden ser;
Un solo compartimiento: El aire se calienta por ventiladores.
Varios compartimentos.
También la estufa puede tener bandejas perforadas por donde
el aire pasa y es más efectivo. Son bandejas similares con un
sistema de ventilación que remueve el aire y un de calefacción
que calienta el aire.
Cuanto menos tenga que esperar el sólido mejor será la
desecación. En el funcionamiento discontinuo.
o Continuos;
Túneles de secado: El material se introduce de modo continuo,
se introduce por cintas transportadoras o por vagonetas. El aire
puede circular en el mismo sentido que el sólido y esto es
circulación en corriente, existe otra circulación que es
circulación en contracorriente, la cual el sólido y aire
circulan en sentido contrario. Hay otro tipo que es el flujo
mixto en el cual inicialmente el sólido y el aire circulan en el
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mismo sentido hasta un punto en el que se retira el aire y se
introduce aire caliente por donde sale el sólido.
En el flujo en contracorriente el aire seco se pone en
contacto con el sólido húmedo por tato el potencial será
grande pero se usa para material que no forme costra, el flujo
mixto es el mas ventajoso en base a que el sólido húmedo no
va a contactar con altas temperaturas del aire y por tanto no
se altera el sólido, no se forma costra porque la temperatura
elevada solo aparece cuando el sólido no esta húmedo.
o Continuos o semicontínuos:
Secados rotatorios: Son sistemas con forma de cilindro, el aire
y el sólido pueden entrar por la misma vía o por el contrario. Se
diferencian en los dispositivos del inferior; Tabiques a
diferentes alturas. Giran sobre si mismos y el movimiento del
sólido permiten que todas sus partes contacten con el aire.
Doble cilindro: Cilindro interno rodeado de una pared que hace
forma de canal sin cerrar, el sólido circula por el cilindro
externo y el aire por el interno cuando lo atraviesa todo pasa al
exterior. El secado es por convención y conducción porque el
sólido se apoya en paredes calientes.
Atomización: Dispersar el sólido en finas gotitas en un aparato de gran
volumen en el seno caliente. El sólido debe formar una suspensión o
pasta que se atomiza en forma de gotas pequeñas que se encuentra
con el aire caliente. Ventajas: El sólido contacta con un aire no muy
caliente 40-45ºC aunque entra a 600ºC. Se puede usar para
termolábiles. Para atomizar existen dos sistemas:
o Boquillas a presión: Sistema troncocónico estrecho que acaba en
un cono con abertura pequeña, tiene diferentes canales al final del
sistema apenas se usan.
o Atomizadores centrífugos o de disco: Consta de un disco hueco
con orificios, es decir, un tamiz enrollado que esta unido a un eje
que gira a alta velocidad. Al girar el disco se forma una fina
película que sale por los orificios, las gotas alcanzan un tamaño de
1-2.
o Atomización por tobera: Se hace por una corriente de dos fluidos
que rodean la suspensión, es un sistema troncocónico por la parte
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final se inyecta el sistema sólido y por otra parte un fluido
gaseoso. Las gotas hay que lanzarlas a una corriente de un fluido
gaseoso muy caliente, en un secadero neumático, se evapora el
agua o se elimina el solvente instantáneamente. El problema es la
recogida que se hace por ciclón o bolsas de tela. El dispositivo
debe ser muy grande para conseguir una buena desecación.
Suspensión en lecho fluido: También sirve para mezclar y granular.
Aparato troncocónico que en la base tiene una placa perforada que
puede ser de diferentes materiales, sobre esta se coloca el sólido, a
secar o mezclar. Por la parte inferior del aparato se inyecta aire
caliente a 500-600ºC que al atravesar la placa eleva el sólido por tanto
tiene que superar la fase de gravedad por tanto el sólido tiene que
tener una tamaño pequeño. El lecho se expande, el sólido va a formar
unos movimientos en el seno del aire que se conoce como
fluidificación que son dos elipses. Si la fuerza es muy elevada se
forma la separación del lecho fluido, si la presión aumenta mucho mas
se empieza a romper la masa del sólido suspendida en el aire y se
forman bolas, haciéndose los seno huecos cada vez mayores, por tanto
el problema es: El burbujeo, la perforación y fraccionamiento de techo.
La presión adecuada de la viscosidad del sólido, de la densidad del
sólido y el aire y del tamaño de la partícula. Es un sistema caro por eso
se usa para varias operaciones.
B. Por conducción o por calefacción indirecta (poco utilizada):
Bombo mezclador calefactor: Permite desecar y mezclar. Puede ser
cualquier sistema móvil para mezclar elementos internos de agitación
siempre que se coloque una camisa calefactora por donde circula un
fluido calefactor. Dentro se meten las sustancias que se quieren secar
por contacto con la pared caliente.
Rodillos calefactores: Se usa más para secar suspensiones. Puede ser
uno o varios rodillos que por su interior circula un fluido calefactor.
Desde arriba se hace caer el sólido, suelen tener unos cilindros
auxiliares que reparten la alimentación.
Se forma una costra seca en la superficie de los rodillos. Son poco
efectivos porque para que sequen bien la temperatura de los rodillos
tiene que ser elevada y su velocidad de giro grande, no se pueden usar
con termolábiles.
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Estufas a vacío: Tienen bandejas huecas y lleva acoplada una bomba
de vacío para disminuir al presión. Las paredes de la estufa son
robustas para soportar la presión baja. El sólido se coloca sobre las
bandejas huecas que por su interior circula un fluido calefactor y el
sólido se seca por contacto con superficies calientes a bajas presiones.
La desecación es por ebullición del agua líquida a baja temperatura.
C. Por radiaciones:
IR (infrarrojos).
Inducción a alta frecuencia: Se coloca el sólido entre dos placas
eléctricas.
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