Diseño de un tanque agitado para la mezcla de jarabe mediante dinámica de fluidos y análisis numérico para la industria farmacéutica

Abstract

El presente estudio ha permitido demostrar la factibilidad técnica y económica del diseño de un sistema de mezcla basado en un tanque agitado, destinado al procesamiento de jarabe farmacéutico. La propuesta se fundamenta en el empleo de herramientas de dinámica de fluidos mediante el enfoque Lagrangiano de partículas y el análisis numérico, permitiendo determinar parámetros óptimos de operación como una velocidad tangencial de 0.75 m/s, una velocidad de rotación del agitador de 15 rpm y una potencia de 0.62 Hp. Las dimensiones finales del tanque corresponden a 90 cm de altura y diámetro, adecuadas para formas farmacéuticas líquidas de alta viscosidad. La caracterización reológica del producto, obtenida con viscosímetro, determinó un índice de comportamiento de flujo de n = 0.68, confirmando su naturaleza pseudoplástica. Esta información permitió ajustar con precisión las condiciones del sistema. Se desarrolló un modelo de mezcla aplicando mecánica Lagrangiana para fluidos no newtonianos e incorporando múltiples agitadores, mejorando significativamente la homogeneidad del producto. La comparación con el tanque estándar evidenció mejoras en la calidad, según simulaciones CFD y registros históricos. Se proyecta un incremento del 55% en los lotes aprobados en 2022 y del 62% en 2023, respaldando la eficiencia del nuevo diseño en la reducción de reprocesos. Desde el punto de vista económico, el análisis costo-beneficio confirma la viabilidad del proyecto. Una inversión inicial de 5220 dólares permite un ahorro anual de 1805 dólares, recuperándose en aproximadamente tres años, lo que respalda la sostenibilidad del diseño propuesto en entornos farmacéuticos.