TITULO : ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS) CAFÉ (CAFETO ARABICA) CACAO(THEOBROMA CACAO)
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AGRICOLA
Práctica postcosecha de granos y semillas Daniel González 273402 Diego Bolívar 273025 David Andrés de Rivas Tabares 273371 El conocimiento del ángulo reposo, una de las características físicas de Darío Pinilla Martínez 273412 los granos y Iván semillas, constituye una información fundamental de ingeniería para adecuar y operar maquinas, diseñar y construir estructuras de almacenamiento. Además, constituyen parámetros fundamentales para el diseño de nuevas estructuras basadas en la física de cada grano es particular, cuidando de la seguridad industrial de una planta de beneficio de los mismos.
23/03/2011
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Contenido TITULO: ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS), CAFÉ (CAFETO ARABICA) Y CACAO (THEOBROMA CACAO).....................................................3 INTRODUCCION..............................................................................................3 OBJETIVOS......................................................................................................3 MARCO TEÓRICO............................................................................................3 CAPACIDAD DE FLUJO.....................................................................................3 ANGULO DE REPOSO......................................................................................4 Factores que disminuyen el ángulo de reposo...............................................4 FACTORES FÍSICOS.........................................................................................4 MATERIALES Y MÉTODOS...............................................................................7 MATERIALES...................................................................................................7 MÉTODO PARA LA DETERMINACION DEL ANGULO DE REPOSO......................7 PREGUNTAS DE CONSULTA............................................................................9 CÁLCULOS Y RESULTADOS.............................................................................9 ANÁLISIS DE RESULTADOS...........................................................................11 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................11 BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................12
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TITULO: ANGULO DE REPOSO LENTEJA (LENS CULINARIS), CAFÉ (CAFETO ARABICA) Y CACAO (THEOBROMA CACAO)
INTRODUCCION La determinación del ángulo de reposo es de gran importancia para la construcción de estructuras agrícolas para el cargue y el descargué de granos (por ejemplo para la construcción de un silo) o para el transporte de los mismos desde y hacia los silos. En el transporte de de grano a granel por vía marítima. Este valor toma mayor importancia, pues tiene una estrecha relación con el valor del ángulo de rolido (movimiento de rotación según el eje longitudinal del buque producido durante navegación entre las olas) y el posible corrimiento de carga que afecta la estabilidad trasversal de la embarcación. El conocimiento de esta característica de los granos nos ayuda a mantener una mejor calidad de los mismos asumiendo un menor riesgo de impacto cuando se hace una descarga ya que este ángulo es un indicador de la fluidez del material y mientras menor sea valor de este ángulo menor va a hacer el riesgo de impacto. Permitiendo un adecuado manejo al momento de efectuar cargas y descargas sin afectar la estructura física del grano ni las estructuras que permiten su movimiento o almacenamiento según sea el caso.
OBJETIVOS ➢ Determinar el ángulo de reposo de diferentes tipos de granos, lenteja, café y cacao. ➢ Estudiar los factores que influyen en la variación del ángulo de reposo. ➢ Identificar los diferentes factores que hacen variar el ángulo de reposo. ➢
Usar correctamente los equipos para determinar el ángulo de reposo.
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MARCO TEÓRICO CAPACIDAD DE FLUJO1 Se refiere a uno de los requisitos que debe cumplir un material para que se pueda comprimir con tener muy buena fluidez. Uno de los parámetros para medir la capacidad de flujo de los materiales es el ángulo de reposo estático. Este es el ángulo de la pendiente formada por el cono producido respecto al plano horizontal cuando se le deja caer libremente un material. El ángulo de reposo es un indicador de la fluidez del material. Mientras menor sea su valor más fácil será el deslizamiento del grano y menor será el riesgo de impacto. ANGULO DE REPOSO
Figura 1. Ángulo de Reposo en Granos
Cuando un grano es vaciado sobre una superficie horizontal plana, el producto forma un montículo, similar a un cono invertido. El ángulo formado por la horizontal y el talud es el ángulo de reposo. Este ángulo está influenciado por el tamaño, volumen superficie del grano, contenido de humedad y orientación de las partículas que conforman la masa de grano. El ángulo de reposo varia con el contenido de humedad debido a la lámina superficial que rodea a cada partícula y a los efectos de la tensión superficial que predomina sobre los productos granulares. Igualmente cuando se llena un silo el ángulo de reposo puede variar dependiendo la altura de llenado y el flujo del material. Existen dos tipos de ángulos de reposo, a saber; 1. Angulo de reposo estático. Es el ángulo que forma el material granular cuando se desliza sobre sí mismo. 2. Angulo de reposo dinámico. Es el más importante y se presenta en todos los casos en que la masa granular se encuentra en
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http://docencia.udea.edu.co/qf/farmacotecnia/07/cflujo.html
Página |5 movimiento, como en las operaciones de cargue y descargue de un silo, una bodega o una maquina. Factores que disminuyen el ángulo de reposo2 • Mayor tamaño de la partícula. • Menor rugosidad de la superficie de la partícula. • Mayor esfericidad de la partícula. • Menor humedad de la pila. • Mayor homogeneidad de la pila. FACTORES FÍSICOS3 Algunos de estos factores afectan de alguna manera el ángulo de fricción de los granos.
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Porosidad. Los granos en masa definen un volumen de intersticial entre ellos, siendo partículas granulares independientes. El porcentaje de aire inter - grano se le llama porosidad y este valor se encuentra entre el rango del 35 al 40%.
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Sorción. Este es un grupo Este factor incluye dos fenómenos físicos: la absorción siendo la toma de humedad del aire que penetra en la estructura porosa del grano a través de sus capilares y la adsorción que corresponde al vapor de agua retenido sobre la superficie del grano.
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Segregación. Separación natural de los componentes de un granel durante el llenado de un depósito o camión; siendo las partículas sometidas a un movimiento donde responden de manera diferente dependiendo de su peso específico, su forma, entre otras. Razón por la cual los componentes más pesados caen verticalmente y el material liviano es arrastrado por las corrientes de aire hacia las paredes del depósito, gracias a esto se tiene una distribución heterogénea de los componentes del granel
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Fluidez. Es la calidad del movimiento de los granos; se encuentra determinada por el ángulo de reposo del grano estudiado, definiéndose como el ángulo de la base de apoyo y el cono originado por el grano al ser vertido sobre la superficie.
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Conductividad húmeda. Se refiere al movimiento de humedad en función de los gradientes de temperatura. El aire tiende a desplazarse de los sectores calientes a los más fríos, de igual forma se debe tener en cuenta que el aire caliente es más liviano que el frío, además es capaz de transportar una mayor cantidad de agua en forma de vapor. En resumen a mayor diferencia de temperaturas más importante es
http://es.wikipedia.org/wiki/Angulo_de_reposo MOHSENIN, N.N. 1970. Physical Properties of Plant and animal Materials. Gordon and Breach Scienc3e Publishing. USA
Página |6 el movimiento de humedad. Cuando en un silo de almacenamiento elaborado en lámina presenta en su exterior aire frío el grano que se encuentra en contacto con las paredes y el aire inter- grano de este sector se enfrían. •
En general la humedad del aire inter- grano y parte de la humedad del grano es arrastrada por el movimiento del aire que se produce siempre que exista una parte caliente y la otra fría; al llegar a la zona fría la humedad se condensa y ocasiona daños a los granos que están en contacto directo con ella.
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Conductividad Térmica. Es la capacidad para transferir o difundir el calor. El grano tiene una conductividad térmica bastante baja, del orden del 0,0004 caloriascm*s, es decir tiene una capacidad aislante, razón por la cual provoca aumentos significativos de temperatura en focos bien localizados.
Como resultado de los trabajos de investigación, realizados en el laboratorio de postcosecha de granos del Departamento de Ingeniería Agrícola de la Universidad Nacional de Colombia, se han obtenido ecuaciones que permiten determinar el ángulo de reposo en función del contenido de humedad para varios productos tropicales.
TABLA 1. Ángulo de Reposo de Algunos Granos para diferentes Contenidos de Humedad4
PRODUCTO Cebada Maíz ICA 508
Lenteja Trigo
4
CONTENIDO DE HUMEDAD (%bh) 13.3 19.5 27.5 18.2 12.2 16.1 11.0
ÁNGULO DE REPOSO (°) 31.0 33.0 44.0 34.9 29.0 29.0 29.3
Fuente: Laboratorio de Postcosecha. Departamento de Ingeniería Agrícola. Universidad Nacional de Colombia
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Arroz Cáscara Arroz blanco Fríjol Sorgo soghica PH-302
Soya Ajonjolí Cacao Café Pergamino Café Trillado Garbanzo Palma de Aceite
14.1 17.1 13.0 13.0 13.0
31.0 35.6 36.0 25.0 31.0
20.5 17.6 14.1 11.3 13.0 6.1 10.5 12.7 15.0 35.0 12.0 12.6 12.4 12.6 13.2 13.4
38.8 37.2 35.3 33.8 29.0 32.9 36.0 46.9 35.1 38.7 34.8 30.6 41.8 42.9 43.8 44.6
Tabla 2. Ecuaciones para cuantificar el ángulo de reposo en función del contenido de humedad en base húmeda, de diferentes granos.5 PRODUCTO Semilla de pasto Bachiaria Brizantha Semilla de pasto Bachiaria Decumbens Maíz ICA 508 Sorgo Sorghica PH -302 Cacao
ECUACIÓN α = 12.3+0.9*CH α = 26.4+0.25*CH α = 16.956+0.9868*CH α = 27.81+0.536*CH α = 17.36+2.327*CH
MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALES • • • 5
Dispositivo para determinación del ángulo de reposo Indicador de nivel Granos de Café Laboratorio de Postcosecha. Dpto. Ingeniería Agrícola. Universidad Nacional de Colombia
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Granos de Lenteja Granos de Cacao
MÉTODO PARA LA DETERMINACION DEL ANGULO DE REPOSO
Figura 2. Dispositivo para Medir El Ángulo de Reposo Estático en Granos6
En la realización del laboratorio se utilizo un dispositivo para la determinación del ángulo de reposo mostrado en la figura 4, para estimar el ángulo de reposo se siguieron los mismos pasos para cada uno de los granos estudiados (café, lenteja y cacao). A continuación se describe el proceso.
Este Luego Se En Posteriormente Por El verifica procede seguida último dispositivo proceso se ubica se que a se verter realiza se el de se procede dispositivo anillo medición repite baja el la grano en lectura elpara el amedidor del de al abrir ángulo la de reposos se dispone sobre una interior centro vertical del cinco superficie ángulo muestras del hasta equipo. de del ubicarlo plana de reposos para dispositivo, sobre uno en nivelarlo de el el medición compuerta tenga de descarga, lacada compuerta con eltalud fin con de ayuda de un indicador de nivel. llenándolo del transportador los cono formado en localizado su totalidad por en el la grano, o grano de granos. permitir descarga la salida totalmente del como superior haciendo parte mínimo cortar del ¾ equipo. partes con de la sulínea cerrada libremente, colocando previamente un altura. imaginaria (vértice del cono) del recipiente para recoger el grano montículo del grano.
6 Fuente: “Características Físico Mecánicas y Análisis de Calidad de Granos” de Julio E. Ospina M. Universidad Nacional de Colombia
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Figura 3. Procedimiento de medición del ensayo para ángulo de reposo
Figura 4.Dispositivo para la determinación del ángulo de reposo estático de los granos.
Después de que el medidor vertical este en la ubicación correcta, se realiza la lectura del medidor, la cual corresponde al ángulo de reposo de dicho grano. Este procedimiento se realizó para café, lenteja y cacao con cinco repeticiones para cada grano, sin olvidar realizar la respectiva nivelación del dispositivo antes de cada ensayo.
PREGUNTAS DE CONSULTA Como influye el contenido de humedad en el angulo de reposo? Que otras variables influyen? El contenido de humedad es una variable muy importante para el ángulo de reposo pues genera esfuerzos debidos a la tensión superficial, los cuales afectan bastante los resultados que se obtienen en los experimentos, se podría decir que parte de las diferencias en los valores de ángulo de reposo entre los obtenidos en el laboratorio de forma experimental y los encontrados en la bibliografía, se deben a cambios en esta variable.
P á g i n a | 10 Las variables que inciden en el ángulo de reposos son: forma, contenido de humedad, superficie del grano y la presencia de cuerpos extraños, sin embargo en la ejecución de el experimento solo se tiene en cuenta el contenido de humedad del grano limitando de esta manera a una variable el experimento, por tanto la diferencia con otros autores se pudo generar porque en los diferentes experimentos no se relación estas variables, sin contar que la única variable que se tubo reporte y se considero en todos los casos como el contenido de humedad no es la misma en todos los casos. Pero para efectos prácticos de nuestro ensayo se desprecio el CH de la muestra lo cual nos impide determinar a qué contenido de humedad corresponden los ángulos encontrados para cada muestra. Indique algunas formulas matemáticas en las cuales se utilice el ángulo de reposo como parámetro de diseño XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Comparación de la literatura y los resultados del ensayo XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Laboratorio de Ing. agrícola(Bogotá) Angulo CH bh de Producto % repos o 16,1 29 Lenteja 10,753 40,9 café 6,145 43,4 Cacao
Comparación con otros autores CHbh % xxxxx 10.6 xxxxx
Angulo de reposo xxxxx 34.47 xxxxxx
Ospina CH bh % xxxxxxx 15 12,7
Angulo de repos o xxxxxx 31,5 46,9
CÁLCULOS Y RESULTADOS En la siguiente tabla se muestra el resumen de los datos y cálculos del presente ensayo: Repetició n# 1 2 3 4 5 Promedio Desv.
Cacao 35 35 35,1 34,5 33 34,52 0,8815
Lenteja 30 31 31,5 31 31,5 31 0,6124
Café 36,5 37 37 38 37,5 37,2 0,5701
7 V. Chandrasekar; R. Viswanathan. Physical and Thermal Properties of Cofee. College of
Agricultural Engineering, 1999.Tamil Nadu Agricultural University, Coimbatore 641 003, India. Tomado: 18 /03/2011 hora: 4:00 PM. disponible en: http://www.sciencedirect.com/science? _ob=ArticleURL&_udi=B6T8J-49326RK-1&_user=1998.pdf
P á g i n a | 11 Estand. Coef. Variac.
0,0255
50,6228
65,2531
Tabla 3. Datos y resultados del ensayo para Cacao, Lenteja y Café.
ANÁLISIS DE RESULTADOS XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX Como se puede notar la lenteja presentó el menor ángulo de reposo entre los tres tipos de grano muestreados, y adicionalmente a ello, este grano es el de menor tamaño. Sin embargo no se podría decir que el ángulo menor obtenido se deba primordialmente al tamaño de este grano, ya que de acuerdo a la teoría sería todo lo contrario. Es aquí donde se hace necesario analizar otro tipo de factores que pueden influir en la magnitud del ángulo de reposo y en cuanto a la lenteja se puede afirmar que tiene una superficie lisa y forma de disco ovalado. Dicha forma de disco ovalado hace que la lenteja al caer se acomode como un plato prácticamente horizontal, y lo que acompañado de una superficie lisa, halla una fricción menor y la pila de grano no genere un mayor ángulo de reposo.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El ángulo de reposo varia en un mismo producto dependiendo de: ✔ Contenido de humedad del producto, lo cual varia las fuerzas de atracción debidas a las partículas de agua presentes. ✔ Si pudiéramos hablar de un índice que es denominado indicador de fluidez podríamos analizar que a menor Angulo de reposo más fácil se desliza el grano, sin riesgos de impacto ✔ Variedad, de la cual depende el tamaño, que si este aumenta el ángulo de reposo disminuye puesto que el mayor tamaño del grano disminuye el área de contacto entre los mismos; y la forma del producto, ya
P á g i n a | 12 que formas más redondeadas permiten el deslizamiento y reducen el área de contacto, así, que formas redondas tienten a deslizarse más que las formas ovoides. ✔ Contenido de impurezas y polvo, que hacen que aumenta la porosidad y varía la fricción. ✔ El contenido de humedad de un grano es directamente proporcional al ángulo de reposo. A mayor contenido de humedad, mayor es el ángulo de reposo.
Algunos parámetros que se deben tener en cuenta al diseñar un equipo que trabaje con granos son: ✔ Si el proceso va a ser estático o dinámico, se deben tener en cuenta el ángulo de reposo el cual es diferente para cada situación. ✔ Tener en cuenta la variedad del grano utilizado ya que muchas de las propiedades físicas y mecánicas difieren dependiendo de esto. ✔ El medidor debe tener una óptima calibración para una toma de medida confiable. ✔ Las formas de aplicación que se van a presentar, debido a que formas diferentes producen pilas diferentes. XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
BIBLIOGRAFÍA • Mohsenin, Nuhin H. (1986). Physical properties of plant and animal materials.(2 ed.). New York.: Gordon and Breach, Science Publisher, Inc. • Ospina, Julio Ernesto (2001). Caracterización Físico Mecánicas y Análisis de Calidad de Granos. (1 ed.). Bogota: Universidad Nacional de Colombia. • BOHORQUEZ; GONZALEZ Y OTROS .1981 construcción de dispositivos para determinar algunas propiedades fisico-mecanicas y térmicas de los granos. • J. A. BUSTABAD REY. El Bulk Carrier en la Práctica. URMO, S.A. de Ediciones Bilbao 1980. (pag 102)
P á g i n a | 13 • CASALINS, A. [2004]. Cuadernillo de Actualización Técnica: Capacidad de Almacenaje. Escuela de Recibidores de Granos de Buenos Aires. Asociación Civil Fomento a la Capacitación Agropecuaria. • GARCÍA, D. [2002]. Propiedades y características de los Granos Cerealeros. Cátedra de Procesos y Equipos Poscosecha. Facultad de Agronomía. Universidad de Venezuela. •
Autores:
______________________________________ Daniel González c.c.1053331112
Cód# 273402
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______________________________________ Diego Bolívar c.c. 80202564Cód# 273025
______________________________________ David Andrés Rivas Tabares c.c. 1032401472
Cód# 273371
______________________________________ Iván Darío Pinilla Martínez. c.c. 1018416869
Cód# 273412
