ESCUELA INGENIERÍA DE ALIMENTOS TALLER Y LABORATORIO II GUÍA No. 1 REDUCCIÓN DE TAMAÑO Y TAMIZADO El término general “reducción de tamaño” incluye corte de productos hortofrutícolas, trituración, pulverizado, y molienda. La reducción en tamaño se verifica por medios mecánicos sin cambio en las propiedades químicas del material, la uniformidad en forma y tamaño de los granos o unidades del producto final son usualmente deseadas pero rara vez conseguido. Procesos tales como cortado de frutas y vegetales para envasar, picado de papas para fritura, tajado de granos para forraje, pulverizado de piedra caliza para fertilizante, y molienda de harina son reducción de tamaño (Henderson y Perry, 1976). Muchos productos y materias primas de la industria química y alimentaria requieren una preparación y acondicionado, con el fin de obtener un tamaño determinado de partícula. Esto requiere dos operaciones unitarias: reducción de tamaño (trituración y molienda) y tamizado. Al aplicar la reducción de tamaño a una sustancia se obtiene un producto más o menos pulverulento, según su naturaleza, las características del equipo, el tiempo de operación, etc. No todas las partículas producidas tienen el mismo tamaño, por lo que es de gran interés conocer la distribución de tamaños que cada máquina puede producir (Ibarz et al., 2000). Para el acondicionamiento del tamaño de las partículas se hace mediante máquinas llamadas: quebrantadores, trituradores y molinos. Los primeros reducen los tamaños grandes a medianos; los segundos se emplean para grados intermedios de subdivisión, y los terceros para la pulverización fina de los tamaños medios (Vian y Ocón, 1961). A continuación se presenta un resumen de alimentos en los que se emplea maquinaria estándar (Fellows, 1994). Tabla 1. Maquinaria utilizada para la reducción de tamaño TAMAÑO PARTÍCULA b 1 5 a b c d Rebanadoras * * Formadoras de cubos * * Ralladoras * * * Cutter * * * Pretrituradora * * * Molinos de martillos * * * * Molinos de impacto fino * * * * * Molinos clasificadores * * * Molinos de chorro de aire * * * * Molinos de bolas * * Molinos de discos * * * Molinos de rodillos * * * * * Formadores de pulpa * * * a 1, blando, quebradizo, cristalino; 2, duro, abrasivo; 3, elástico, resistente, cortable; 4, fibroso; 5, termolábil, graso. b a, grumos granujientos; b, partículas groseras; c, semifinos a finos; d, finos a ultrafinos MÁQUINA
TIPO PRODUCTO a 2 3 4 * * * * * * * * * * *
Objetivos : 1. Identificar experimentalmente las características de las operaciones unitarias molienda y tamizado. 2. Calcular la homogeneidad de las mezclas resultantes de una reducción de tamaño para diferentes cargas y tiempos de operación. 3. Calcular el área específica y el número de partículas para las diferentes cargas y tiempos de operación. 4. Comparar los resultados para las variables de tiempo y carga, cuando una de ellas se mantiene constante. Evaluación y prerrequisitos : 1. ¿Cuáles son las razones o ventajas que se obtienen al reducir el tamaño en un alimento? 2. ¿Qué tipos de fuerza se utilizan para la reducción de tamaño en alimentos? 3. ¿Qué expresiones se tienen para determinar los requerimientos energéticos para la reducción de tamaño de los alimentos sólidos? 4. ¿Qué expresiones se tienen para determinar el diámetro promedio geométrico de las partículas obtenidas por reducción de tamaño? (consultar método ASAE) 5. Presente las características y usos de alguna maquinaria empleada para la reducción de tamaño. 6. ¿En qué consiste la serie de tamices Tyler para la clasificación de material granular? 7. ¿Qué es un equipo de tamizado (p.e.: un Ro-Tap) 8. ¿Cómo se caracteriza el tamaño de partículas microscópicas y qué tipo de equipos se utilizan? 9. Muestre los balances de materia para un tamiz Materiales y productos :
• • • • •
Molino de bolas; molino de martillos. Juego de tamices (serie Tayler estándar números: 4, 8, 12, 20, 40 y 100). Ro-Tap. Balanza de precisión (10-2 g). Maíz.
Normas de seguridad ¿Cuáles son las principales normas de seguridad para operar un Ro-Tap? ¿y un molino? Procedimiento : Cada grupo selecciona una cantidad de producto a moler y un tiempo determinado de molienda (coordinarse previamente con su equipo de trabajo). Con base en la búsqueda de información previa, procede a moler y tamizar el producto para la carga y tiempo escogidos, de tal manera que permita inferir algunas cuestiones con miras a cumplir los objetivos de la práctica (tenga en cuenta el número de grupos y el tiempo disponible). Se debe recoger en tablas los resultados obtenidos en los distintos experimentos.
i 6 5 4 3 2 1 0
Tamaño malla (mm) 4.76 2.38 1.70 0.84 0.42 0.149 0.105
Donde: Aj = Aj-1 - Rj
% Retenido (en peso) [w i ] 0.00 R1 R2 R3 R4 R5 R6 100.0
Tamiz No. 4 8 12 20 40 100 Fondo
% Acumulado (en peso) 100.00 A1 A2 A3 A4 A5 A6
EJ: A1 = 100 – R1
Los cálculos se describen brevemente a continuación: Requerimiento de potencia: Para un producto de tamaño Dp a Dfinal (dado por criba) determinar kk, kR, kB. Donde Dp = (a*b*c)1/3; a, b, c son las dimensiones ortogonales de partícula POTENCIA = ElíneaIlínea(3)1/2cosϕ [W]
POT .
=
m
[W ] W * s = kg / s kg
llevar a [(kW*h)/kg] n
Módulo de fineza:
∑fw MF = ∑w i =0
i
i
donde fi = factor de ponderación = i
i
− ( w * log d − ∑ i i ) −1 Diámetro promedio geométrico: Dgw = log donde d = (d * d )1 / 2 i i i +1 ∑ wi
Se calcula gráficamente:
El índice de uniformidad α de la gráfica de % acumulado vs abertura del tamiz (mm)
Y =(
X α ) K
Al final de la práctica se debe tener claro ¿cómo se distribuye el material de acuerdo al tamaño de la partícula? Además, razonar los valores de homogeneidad, fineza y uniformidad. Variantes Extensión : Se puede realizar un análisis de tamizado para la alimentación, los gruesos y los finos para calcular la eficiencia de un tamiz dado. Referencias Fellows, P. Tecnología del procesado de los alimentos, Acribia, Zaragoza, 1994. Henderson, S. y Perry, R. Agricultural process engineering, third edition, Avi, Connecticut, 1976.
