UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE NICARAGUA UNAN-LEON
FACULTAD CIENCIAS QUIMICAS DEPARTAMENTO DE CONTROL Y CALIDAD DE ALIMENTOS INGENIERIA DE ALIMENTOS Separaciones Mecánicas Tema: Reducción Mecánica de tamaño y tamizado de los solidos Grupo: ”III A” Dirigido a: MSc. Juana Mercedes Machado Integrante: Br. Gema de los Ángeles Abarca Blanco Br. Diurbel José Altamirano Palacios Br. Lilliam Daniela Andino Rojas Br. María Nazareth Cortez Guevara Br. Zuri Sadai Cuevas Br. Karen Mayela Espinoza Rubí Br. Kevin Francisco García Cáceres Br. Jorge Francisco Salazar Garcia Br. Whitney Valery Lazo Ñurinda Br. Gerald Antonio Luna Roas Fecha de entrega: Martes 21 de Marzo de 2017 “A la libertad por la universidad”
Introducción
En muchas operaciones de la industria alimentaria, suele ser necesario desmenuzar o separar los sólidos, mediante la aplicación de fuerzas mecánicas. Las razones que justifican esta reducción de tamaño son diversas. 1. La reducción de tamaño puede facilitar la extracción de un determinado constituyente deseado, presente en una estructura compleja, como sucede, por ejemplo, en la obtención de harina a partir de granos de trigo, maíz u otro compuesto como el jarabe, a partir de la caña de azúcar. 2. La reducción a un tamaño definido puede constituir una necesidad específica del producto, como sucede, por ejemplo, en la preparación de especias y en el refinado del chocolate. 3. Una disminución del tamaño de partícula de un material aumenta la superficie del sólido, lo que resulta favorable en muchos procesos de velocidad.
En el siguiente trabajo abordaremos temas que son de relevancia en este tipo de separación mecánica que se les realiza a materias primas sólidas para dar lugar a productos terminados de manera reducida en la industria alimentaria. Entre esos temas de importancia están: principios de reducción de tamaño y tamizado de los sólidos, Naturaleza de las fuerzas utilizadas en la reducción del tamaño, procedimientos operativos por vía seca y vía húmeda, entre otros.
Objetivos
Objetivo General Conocer la operación unitaria de reducción mecánica de tamaño y tamizado de los sólidos a través de conceptos empleados actual y antiguamente en la Industria Alimentaria.
Objetivos Específicos 1. Saber las capacidades y eficiencia de trabajo de los equipos de reducción de tamaño por medio de las relaciones empíricas de Rittinger, Kick y Bond e índice de trabajo. 2. Aprender los criterios de selección utilizados por las industrias tanto en los equipos de trabajo como en la materia prima a usar en la desintegración para generación de productos deseados.
Principios de reducción de tamaño y tamizado de los sólidos.
En muchas operaciones de la industria alimentaria, suele ser necesario desmenuzar los sólidos, mediante la aplicación de fuerzas mecánicas. Las razones que justifican esta reducción de tamaño son diversas.
1. La reducción de tamaño puede facilitar la extracción de un determinado constituyente deseado, presente en una estructura compleja, como sucede, por ejemplo, en la obtención de harina a partir de granos de trigo, o de jarabe, a partir de la caña de azúcar. 2. La reducción a un tamaño definido puede constituir una necesidad específica del producto, como sucede, por ejemplo, en la elaboración del azúcar para glasear, en la preparación de especias y en el refinado del chocolate. 3. Una disminución del tamaño de partícula de un material aumenta la superficie del sólido, lo que resulta favorable en muchos procesos de velocidad, por ejemplo:
a) El tiempo de secado de los sólidos húmedos se reduce mucho aumentando su área superficial. b) La velocidad de extracción de un soluto deseado crece al aumentar el área de contacto entre el sólido y el disolvente. c) El tiempo necesario para ciertas operaciones -horneo, escaldado, etc se puede reducir troceando los productos sometidos al proceso. d) La mezcla íntima suele facilitarse si las partículas son de tamaño más pequeño, lo que constituye una consideración importante en la elaboración de algunos preparados, como sopas empaquetadas, mezclas para bizcochos, etc.
Naturaleza de las fuerzas utilizadas en la reducción de tamaño.
En general, se pueden distinguir tres tipos de fuerzas, de las que, en cualquier proceso de trituración, suele operar más de una. Los tipos de fuerzas que predominan en algunas de las trituradoras de uso frecuente en la industria alimentaria son los siguientes:
Fuerza
Principio
Aparato
Compresión
Compresión (cascanueces)
Rodillos trituradores
Impacto
Impacto (martillo)
Molino de martillos
Cizalla
Frotamiento (piedra de molino)
Molino de discos
Las fuerzas de compresión se utilizan para la trituración grosera de productos duros. Las fuerzas de impacto se pueden considerar de uso general, empleándose en la molienda fina, media y gruesa de muy diversos productos alimenticios.
Las fuerzas de cizalla se utilizan mucho en aparatos para la trituración de productos blandos, no abrasivos, para obtener piezas de tamaños muy pequeños, es decir, en la molienda fina.
El término trituración (crushing) se aplica generalmente al desmenuzamiento de materiales muy gruesos hasta tamaños del orden de 3 mm. Molienda es, en cambio, un término empleado para referirse a la obtención de productos en polvo. La trituración se suele llevar a cabo aplicando fuerzas de compresión y la molienda mediante fuerzas de cizalla.
Procedimientos operativos por vía seca y vía húmeda.
La molienda se puede hacer a materiales secos o a suspensiones de sólidos en líquido (agua), el cual sería el caso de la molienda Húmeda. En la molienda húmeda el material a moler es mojado en el líquido elevando su humedad, favoreciéndose así el manejo y transporte de pulpas, que podrá ser llevado a cabo por ejemplo con
bombas en cañerías. En la molienda húmeda moderna, luego del proceso de desintegración, la clasificación de partículas se llevará a cabo en hidrociclones y si se desea concentrar el mineral se podrá hacer una flotación por espumas.
Si el material de alimentación es húmedo o se puede humedecer sin dañarlo, se puede tomar en consideración esta forma de operar. La carga se muele en forma de suspensión, en la corriente líquida frecuentemente de agua que la transporta.
Se elimina así el problema creado por el polvo en la molienda seca y se pueden utilizar, para separar las fracciones de tamaño deseadas, las técnicas de clasificación hidráulicas, como la sedimentación y la centrifugación. En la industria alimentaria, la molienda forma, con frecuencia, parte de procesos de extracción, en los que se transfiere un constituyente soluble, del producto inicial a la corriente líquida, para recuperarlo luego por evaporación, como en la molienda del maíz. La experiencia enseña que, en la molienda húmeda, el consumo de energía es, en general, alto. También puede aumentar el desgaste del molino. La molienda húmeda tiende a producir partículas más finas que las que se obtienen en la molienda en seco, razón por la que se usa mucho para las moliendas ultra finas.
La humedad del producto determina el tipo de equipo a utilizarse, la presencia de agua en un alimento puede favorecer o complicar el proceso de reducción de tamaño si es un alimento seco y hay una presencia de humedad puede causar una aglomeración de partículas y obstruir el molino.
Número de pasos de reducción para un proceso dado.
En un proceso de reducción de tamaño, se obtienen partículas de tamaño muy variable y, con frecuencia, se necesita clasificarlas en grupos que cubren un determinado rango de dimensiones.
La complejidad de una instalación de reducción de tamaño, es decir, el número de aparatos individuales y etapas de separación necesarios, varían con el producto a tratar y las categorías de tamaño deseadas. Para la reducción de piezas sólidas relativamente grandes a polvo fino, se requerirán varias etapas, cada una de las cuales logra una determinada reducción de tamaño.
Compresión: es utilizada para la reducción gruesa de solidos duros genera productos gruesos, medios o finos. Se utiliza para reducir solidos duros a tamaños más o menos grandes.
Corte: se utiliza cuando se requiere un tamaño definido de partículas. Para obtener tamaños o tamaños y formas definidas o eliminar partes de sólido. Frotación o rozamiento: genera productos finos a partir de materiales blandos no abrasivos. Produce partículas finas.
Impacto: esta técnica consiste en el choque de las partículas para la disminución de su tamaño.
Ejemplo de reducción de tamaño.
1. Trituradora grosera (por ej. trituradora de mandíbulas). 2. Trituración intermedia (rodillos, trituradoras). 3. Molienda fina (por ej. Molino de bolas).
Requerimientos de energía y eficacia de la desintegración.
Cuando a una partícula se le somete a un esfuerzo (fuerza/área), por aplicación de una fuerza, primero se deforma y luego se rompe. Según la naturaleza de la fuerza y la resistencia mecánica (el conjunto de las propiedades que definen el comportamiento de un material sólido), el material puede:
1. sufrir una deformación elástica, es decir deformarse dentro del límite de elasticidad y recobrar su forma original cuando deja de actuar. 2. sobrepasar el límite elástico y sufrir una deformación permanente (deformación no elástica), si el esfuerzo aplicado es lo bastante grande.
A medida que aumenta el esfuerzo aplicado, va creciendo la deformación no elástica, hasta que se supera el umbral de fluencia. La partícula puede entonces romperse rápidamente (materiales frágiles) o continuar deformándose (materiales dúctiles) hasta que finalmente se rompe por haber alcanzado el esfuerzo límite de rotura. El esfuerzo límite constituye una propiedad característica del material, pero también influyen en la mayor o menor facilidad de desintegración y, por tanto, en la energía precisa para reducir su tamaño, la estructura y la forma de la partícula.
Las partículas contienen planos débiles a lo largo de los cuales se puede iniciar la rotura cuando son sometidas a esfuerzo de cizalla. En las partículas grandes, la rotura puede producirse a lo largo de fisuras preexistentes (planos de fractura). En las más pequeñas, tienen que generarse nuevos planos de fractura, a partir de puntos de inicio producidos bajo el influjo del esfuerzo. Como las partículas más pequeñas ofrecen menos fisuras preexistentes (si es que alguna), su esfuerzo de rotura es más alto. La energía precisa para la rotura de las partículas crece a medida que disminuye su tamaño. Las deformaciones elásticas no son valiosas en la trituración; consumen energía, pero no inician la rotura de las partículas. La energía almacenada en el proceso de deformación se pierde durante la recuperación (cuando el esfuerzo cesa). La deformación elástica y la fracción interpartículas convierten a la reducción de tamaño en una operación muy ineficiente, de un rendimiento energético pobre.
La mayor parte de la energía consumida se pierde en deformar las partículas dentro de sus límites de elasticidad y en la fricción interpartículas. Esta energía perdida se desprende en forma de calor que, según hemos visto, puede causar el deterioro térmico de los productos.
La energía dE necesaria para producir un pequeño cambio, dx, de tamaño en la unidad de masa del material a triturar se puede expresar como una función exponencial de su tamaño: dE = -K dx
xn
Esta ecuación ha sido muy utilizada.
Relaciones empíricas: leyes de Rittinger, Kick, Bond e índice de trabajo.
1. Ley de Rittinger
Rittinger consideró que, durante la molienda de los sólidos, la energía necesaria debe ser proporcional a la nueva superficie producida y dio a n un valor de 2. Por lo tanto: dE = _ K dx
X2
Y por integración
E=K
1 _ 1 X2
x1
Donde, X1 es el tamaño medio inicial del material de alimentación, X2 el tamaño medio final del producto. E es la energía por unidad de masa necesaria para producir la nueva superficie, midiéndose corrientemente en caballos hora ton-1. K es la llamada constante de Rittinger, que tiene un valor determinado para cada producto y cada aparato concretos. La ley de Rittinger se cumple bien en la molienda fina, en la que aumenta mucho la superficie.
2. Ley de Kick
Kick consideró que la energía necesaria para producir una reducción de tamaño dada era proporcional a la relación de reducción de tamaño, para lo que es necesario que n = 1, en la ecuación. Con lo que:
dE = _ K dx
x
O bien E = K ln X1 X2
Siendo X1 / X2 la relación de reducción de tamaño. La ley de Kick se cumple mejor en la trituración grosera, en la que la mayor parte de la energía se utiliza para la fractura siguiendo grietas preexistentes. Mide la energía necesaria para deformar las partículas sin superar su límite elástico. La energía necesaria calculada por la ley de Kick resulta demasiado pequeña para muchas operaciones de trituración; la estimada por la ley de Rittinger resulta excesiva.
3. Ley de F.C Bond e índice de trabajo
Según Bond, n tiene un valor de 3/2, por lo que:
dE = _ K X3/2
dx
O bien
E = 2K
1 (X2)1/2
_ 1
_
(X1)1/2
Cuando X1 y X2 se miden en micrómetros y E en kWh/ tonelada americana (907,16 kg).
K = 5Ei
Donde, Ei es el índice de trabajo de Bond, es decir, la energía necesaria para reducir la unidad de masa de la sustancia, desde un tamaño de partícula infinito, hasta un tamaño tal que el 80% pase por un tamiz de 100 micrómetros de apertura de malla.
El índice de trabajo de Bond se obtiene en ensayos de laboratorio con el material de alimentación. Esta tercera teoría describe bastante bien las moliendas groseras, intermedias y finas de muchos materiales.
Equipos de reducción de tamaño y criterios de selección.
El objetivo primordial de un proceso económico de reducción de tamaño es lograr la reducción deseada al costo mínimo. Tanto los costos de adquisición, como los de operación y mantenimiento juegan un papel importante en la rentabilidad del proceso, por lo que se deben considerar cuidadosamente los de las diferentes alternativas posibles, antes de seleccionar cualquier sistema concreto. Al diseñar las características del proceso de que se trate, es obligado considerar los diferentes equipos utilizables. En general, será necesario conocer las características de los productos de partida, de las máquinas existentes y de los productos finales.
North da una lista de características que hay que tener en cuenta sobre los productos de alimentación, entre las que se incluyen: la dureza, la abrasividad, la untuosidad, las temperaturas de ablandamiento o fusión, la estructura, el peso específico, el contenido en agua libre, la estabilidad química, la homogeneidad y la pureza.
1. Dureza y abrasividad
Conocer la dureza de los productos de partida puede ser importante para la selección del equipo. Los materiales duros pueden ser quebradizos y fracturarse rápidamente, en cuanto se supere el límite elástico, o dúctiles y deformarse mucho, antes de fragmentarse.
En general, los productos más duros son más difíciles de triturar. Se necesita más energía y tiempos más largos de residencia en la zona de acción, lo que puede requerir:
1. reducir la producción de un molino dado. 2. utilizar un molino de mayor capacidad, para una determinada producción. Como los materiales duros son casi siempre abrasivos, pueden desgastar mucho las superficies de trabajo.
Para reducir el desgaste, los molinos para la reducción de tamaño de productos duros se mueven con relativa lentitud, debiendo ser de construcción robusta, para que puedan soportar los esfuerzos mecánicos que se desarrollan.
2. Estructura Mecánica
La estructura mecánica de los productos a triturar puede indicar la clase de fuerza más probablemente responsable de la trituración. Si los productos son frágiles, o poseen estructura cristalina, la fractura puede producirse a lo largo de los planos de unión, y serán las partículas mayores las que se romperán más fácilmente. En estos casos, se recurrirá a fuerzas de compresión.
Si hay pocos planos de unión y se han de crear nuevos puntos de arranque de grietas, es posible que sean más eficaces las fuerzas de impacto y cizalla.
3. Humedad
La humedad puede facilitar también la aglomeración de los productos, lo que dificulta la obtención de un polvo fino y de flujo libre. La formación de polvo en la molienda en seco de muchos sólidos también puede crear problemas, ya que:
1. La inhalación prolongada de polvos, por otra parte inocuos, puede causar enfermedades respiratorias peligrosas; los operarios han de protegerse contra este riesgo. 2. Muchos productos alimenticios sólidos, cuando están finamente divididos, son muy inflamables; en la industria alimentaria, no son desconocidas las explosiones del polvo. La presencia de pequeñas cantidades de agua contribuye a reducir el polvo y, en aquellos casos en los que el agua es aceptable, es frecuente usar aspersores para reducir la formación de polvo. 4. Sensibilidad a la Temperatura En la zona de acción de un molino, se produce fricción entre partículas. Las partículas pueden sufrir esfuerzos inferiores a sus límites elásticos, que no las fracturan, liberando en forma de calor la energía de deformación absorbida, al cesar el esfuerzo. El calor proveniente de estas dos fuentes puede elevar considerablemente la temperatura de los productos procesados y degradarlos.
En los productos sensibles a las temperaturas elevadas, es importante conocer, no sólo su la estabilidad química, sino también sus temperaturas de ablandamiento o fusión. Si el calor generado lleva a la producción de una carga untuosa, el molino puede embotarse, disminuyendo la eficacia del proceso.
Cuando se trabaja con materias primas termo sensible, puede, por ello, ser necesario recurrir a dispositivos de refrigeración camisas, serpentines, etc. en torno a la zona de acción.
Para evitar las pérdidas de los componentes termolábiles durante la reducción de tamaño, puede recurrirse a la trituración criogénica, mezclando con el alimento dióxido de carbono sólido o nitrógeno líquido. Este método es útil también la reducción de tamaño de materiales fibrosos, como la carne, que tienden a deformarse, más que a fracturarse, al someterlos a un esfuerzo.
Para la trituración de los productos alimenticios se dispone de aparatos de diferentes tipos y tamaños. 1. Trituradoras de rodillos En estas máquinas, dos o más rodillos pesados, de acero, giran en sentido contrario. Las partículas de la carga quedan atrapadas y son arrastradas entre los rodillos; se ven así sometidas a una fuerza de compresión que las tritura. En algunos aparatos, los rodillos giran a diferente velocidad, generando también esfuerzos de cizalla.
La producción de estas unidades está regida por la longitud y el diámetro de los rodillos y por la velocidad de rotación. El diámetro de los rodillos, su velocidad diferencial y el espacio que entre ellos queda, se pueden variar para adaptarlos al tamaño del material de partida y la velocidad de producción deseada.
Los rodillos trituradores se utilizan para una trituración intermedia y se usan mucho en la molienda del trigo y en el refinado de chocolate. En otros casos, la superficie de los rodillos puede ser estriada, para facilitar la fricción y la separación. La eficacia del molino y la calidad de las semolinas producidas pueden verse influidas por la orientación de las estrías. Para la trituración de productos más frágiles, se usan trituradoras de rodillos sencillas, que comprimen la carga entre el rodillo y un plato estacionario.
2. Molino de martillos Un eje rotatorio que gira a gran velocidad lleva un collar con varios martillos en su periferia. Al girar el eje, las cabezas de los martillos se mueven, siguiendo una trayectoria circular en el interior de una armadura, que contiene un plato de ruptura endurecido, de dimensiones casi idénticas a la trayectoria de los martillos. Los productos de partida, o corriente de alimentación, pasan a la zona de acción, donde los martillos los empujan hacia el plato de ruptura.
La reducción del tamaño se debe principalmente a las fuerzas de impacto, aunque, en condiciones de alimentación obturantes, también pueden participar en la reducción de tamaño las fuerzas de fricción. Con frecuencia, los martillos se sustituyen por cortadoras o por barras, como en los molinos de barras. Los molinos de martillo se pueden considerar de uso general, ya que son capaces de triturar sólidos cristalinos duros, productos fibrosos, vegetales, productos untuosos, etc.
Se utilizan mucho en la industria alimentaria para moler especias, leche deshidratada, azúcares, etc. No se recomiendan para la molienda fina de materiales muy duros, por el excesivo desgaste que, en este caso, sufren.
3. Molinos de Disco
Los molinos que utilizan las fuerzas de cizalla para la reducción de tamaño juegan un papel primordial en la molienda fina, para ello se ilustra dos tipos de molinos de discos:
a. Molino de disco único
En este modelo, los materiales de partida o alimentación, pasan a través del espacio que queda entre un disco estriado, que gira a gran velocidad, y la armadura estacionaria del molino. La trituración de la carga se debe a la intensa acción
cizallante. La separación entre el disco y la armadura se puede variar, según el tamaño de las materias primas y las exigencias del producto acabado.
b. Molino de doble disco
En esta modificación, la armadura tiene dos discos, que giran en dirección opuesta, generando un esfuerzo de cizalla mayor que el que se puede conseguir con los molinos de disco único. En otra modificación de este principio básico, el molino de Foss, los discos llevan estrías que facilitan la desintegración. Este tipo de molinos de discos cizallantes se utiliza mucho en la molienda del arroz y del maíz.
En el molino de clavijas, popular en la industria alimentaria, los elementos que rotan, lleva clavijas o proyecciones. En este caso, juegan también un papel significativo en la ruptura las fuerzas de impacto.
Existe otro tipo de molino de disco, el cual, fue utilizado originalmente como molino harinero, este es:
Molino de piedras
Sobre un eje, se montan dos piedras circulares. La superior, que corrientemente es fija, tiene una boca para la entrada de la carga. La inferior gira. La carga pasa por el espacio que queda entre las dos piedras. Los productos, una vez sometidos a la fuerza de cizalla desarrollada entre ambas piedras, salen por el borde de la piedra inferior.
4. Molinos Gravitatorios
Este tipo de molinos se emplean en numerosas industrias para obtener una molienda fina. Existen dos tipos básicos: el de bolas y el de barras.
I.
Molinos de bolas
En los molinos de bolas, operan simultáneamente las fuerzas de cizalla e impacto. Están constituidos por un cilindro giratorio, horizontal, que se mueve a poca velocidad, en cuyo interior se halla un cierto número de bolas de acero o piedras duras. A medida que el cilindro gira, las piedras se elevan por las paredes del cilindro y caen sobre los productos a triturar, que llenan el espacio libre entre las bolas. Las bolas también giran y cambian de posición unas con respecto a las otras, cizallando el producto a moler. Esta combinación de fuerzas de impacto y cizalla produce una reducción de tamaño muy eficaz.
II.
Molinos de barras
En ellos, las bolas se sustituyen por barras de acero. Operan las fuerzas de impacto y cizalla, pero el efecto de las de impacto es menos acusado. Se recomienda utilizar molinos de barras con sustancias untuosas, que se adhieren a las bolas, a las que restan eficacia. Las barras tienen la longitud del molino y, como en el caso de las bolas, ocupan un 50% del volumen del molino.
Desintegración de sustancias fibrosas.
Para la desintegración de productos fibrosos, se utilizan, en general, fuerzas de impacto, casi siempre aplicadas por medio de una arista cortante. La mayor parte de los aparatos utilizados se parecen a los empleados con las sustancias pulverulentas y secas. Por ejemplo, los martillos de un molino de percusión se pueden sustituir por cuchillas que aplican la fuerza de impacto a lo largo de un filo cortante. Asimismo, los molinos de discos pueden llevar estrías o dientes de sierra en las caras del disco, para producir desgarros.
En operaciones de reducción de tamaño más especializadas, puede ser necesario obtener partículas de forma específica y tamaño uniforme, a fin de simplificar su
manejo, facilitar los procesos de velocidad (como la deshidratación o el tratamiento térmico) o mejorar la apariencia del producto. Además, los sólidos fibrosos pueden requerir su conversión en pulpa semisólida y blanda, como ocurre, por ejemplo, en la elaboración de confituras. Una de las operaciones de corte más especializadas es:
1. rebanado, o corte en rodajas
Para su obtención se suelen utilizar cuchillas rotatorias; las cuchillas están situadas de forma que corten los productos que se les acercan, generalmente arrastrados por una cinta vibratoria, en rodajas paralelas del espesor deseado. En otros sistemas, las frutas pasan a través de un tubo con filos cortantes estacionarios, situados radialmente a lo largo de toda su longitud.
2. Troceado en cubos
El troceado en cubos o dados, es decir, el corte de los alimentos para formar cubos, suele ir precedido por el corte en rodajas del espesor deseado; las rodajas se colocan sobre una cinta transportadora que contiene una serie de estrías que mantienen las rebanadas en la posición correcta, la cinta las arrastra hasta un punto, en el que una cuchilla giratoria las corta en tiras. Las tiras pasan luego por otra zona de corte en ángulo recto con la anterior. 3. Desmenuzamiento
Durante el desmenuzamiento, los productos alimenticios se fragmentan en trozos pequeños, cuyo tamaño medio depende del tipo de aparato usado y del tiempo de residencia en la zona de acción. Para ello, se utilizan con frecuencia los molinos de martillo, el cual, el eje rotatorio lleva cierto número de discos, cada uno de los cuales tiene una serie de aristas de impacto en su periferia. Para desmenuzar alimentos fibrosos, son útiles cilindros concéntricos gemelos, con sus superficies provistas de aristas cortantes a lo largo de toda su longitud, que giran en sentidos opuestos.
4. Formación de Pulpa
Para la obtención de pulpa, se suele utilizar una máquina constituida por un tamiz cilíndrico que contiene, en su interior, cepillos que giran a gran velocidad. El producto a transformar en pulpa ingresa en el cilindro y se ve forzado, por la acción de los cepillos, a atravesar el tamiz. Los rabos, las pieles y las semillas se deslizan sobre la superficie del tamiz y se expulsan como desechos. Para el desmenuzamiento de la fruta, se puede usar una máquina provista de paletas que giran a gran velocidad. Si se eligen tamices de apertura adecuada, se logran pulpas sólido-líquidas finamente dispersas. Antes de su transformación en pulpa, algunas frutas se calientan, para ablandarlas, ya que su ablandamiento mejora el rendimiento en pulpa.
Tamizado y Análisis por tamizado.
El tamizado es una operación básica en la que una mezcla de partículas sólidas, de diferentes tamaños, se separa en dos o más fracciones, pasándola por un tamiz. Cada fracción es más uniforme en tamaño que la mezcla original. Un tamiz es una superficie que contiene cierto número de aperturas, de igual tamaño. La superficie puede ser plana (horizontal o inclinada) o cilíndrica. Los tamices planos, de pequeña capacidad, se denominan cedazos o cribas. En (general, los tamices se usan mucho para separar mezclas de productos granulares o pulverulentos, en intervalos de tamaños. Para el análisis de tamizado se desea clasificar: Productos finos, pequeños o menos (—), son los que pasan a través de un tamiz dado. Producto de cola, gruesos o más (+), son los que no pasan a través de un tamiz dado. Cualquiera de las dos puede ser la corriente deseada (producto) o la no buscada (desechos), según el uso. Apertura del tamiz o luz de malla, es el espacio entre los hilos que forman la malla del tamiz.
Los cedazos para el análisis del tamaño de las partículas en el laboratorio se designaban según el llamado número de malla, definido como el número de hilos por pulgada lineal. Aunque esta denominación ha desaparecido del British Standard for Test Sieves (BS 410: 1986) y de la International Sieve Specification, aún sigue siendo muy usada en la industria.
Apertura de tamiz y número de malla son cosas muy distintas. Para una misma apertura de tamiz, el número de malla dependerá del espesor del hilo de que esté fabricado.
Intervalo de tamiz o razón de serie de tamices, es el factor que relaciona las aperturas sucesivamente decrecientes de una serie de tamices normalizados. Se utilizan varias series de tamices diferentes:
1. La Tyler Standard: es una serie muy usada, cuyo tamiz más apretado es de 200 mallas, fabricado con hilos de 0,0021 pulgadas de diámetro y una apertura de malla de 0,0029 pulgadas. La razón entre las aperturas de dos tamices consecutivos es (2)1/2. Para una clasificación por tamaños más detallada, pueden utilizarse series de Tyler con una razón de (2)1/4.
2. La British Standard es una serie de tamices basada en el BS 410: 1986. Un tamiz de 170 mallas tendrá una apertura de malla de 90 um; la razón de las aperturas de tamices sucesivos, es de aproximadamente (2)1/4.
3. La American Society for Testing Materials. ASTM-E 11, que toma como base un tamiz de 18 mallas, con una apertura de 1,0 mm y una razón de (2)1/4 Numerosos tamices de las series BS se corresponden con las recomendaciones de la International Standard Organization (ISO) para tamices analíticos.
La norma ISO 565 recomienda una serie de tamices que está constituida por uno de cada dos de la serie americana (alternadamente uno si y el siguiente no).
Diámetro de una fracción tamizada (diámetro de los finos). El diámetro medio de la fracción que atraviesa un tamiz dado, pero es retenida por el siguiente más pequeño de la serie, es la media aritmética de las dos aperturas de malla.
Diámetro de las partículas sólidas. Corrientemente, se denomina diámetro a la dimensión de la partícula que controla su retención por un tamiz. Las partículas con que se opera en la industria son, en general, de forma irregular. Se usa, por ello, un diámetro medio, que depende del método de medida, por lo que es corriente que se citen distintos diámetros de partícula. Por ello, el diámetro medio resulta un término muy ambiguo, si no se especifica el método de medida.
Capacidad y eficiencia de tamices.
Los tamices para separar alimentos suelen ser de acero inoxidable, metal Monel o tela de nailon.
1. Parrillas o tamices de barra
Se utilizan para tamizar partículas de tamaño superior a 2,5 centímetros. Consisten en un grupo de barras paralelas, espaciadas según se necesite. Las barras tienen corrientemente forma de cuña, para evitar la obturación o embotamiento. Se pueden colocar horizontales o inclinadas, con ángulo de 60°C. Existen también parrillas vibratorias, en las que la corriente de alimentación se desplaza sobre la superficie del tamiz, bajo la acción de una serie de sacudidas. 2. Rastrillos Se utiliza mucho para tamizado de grandes tamaños, en especial los superiores a 2,5 cm. Están construidos simplemente por un grupo de barras paralelas, separadas en sus extremos mediante espaciadores. Las barras pueden estar dispuestas horizontalmente o hallarse inclinadas en sentido longitudinal, de 20 0 a 500 sexagesimales sobre la horizontal, según la naturaleza del material a tratar. Debido al desgaste que sufren las barras, éstas pueden ser de acero manganeso.
Los rastrillos se construyen con un ancho de 0,90 a 1,20 m; y barras de 2,40 a 3 m de largo y se aplican en los casos, tan frecuentes, en que se dese a separar las piezas pequeñas y partículas de un material grueso, antes de su tratamiento en un quebrantador o triturador. La capacidad de trabajo de los rastrillos varía entre 1000 a 1600 toneladas de materiales por metro cuadrado de superficie y 24 horas, utilizando barras espaciadas entre sí, unos 2,5 cm. 3. Tamices Fijos Se construyen con placas metálicas perforadas, así como también con tejidos metálicos que suelen disponerse en ángulo hasta de 60 0 sexagesimales con la horizontal. Estos tamices se usan en las operaciones intermitentes de pequeña escala, tales como el cribado de la arena, grava o carbón, para lo cual se proyecta el material sobre el tamiz. Cuando hay que tratar un elevado tonelaje, las cribas fijas se reemplazan por las vibratorias.
4. Tamices Vibratorios Se utilizan para grandes capacidades. El movimiento vibratorio se le comunica al tamiz por medio de levas, con una excéntrica y un volante desequilibrado, o mediante un electroimán. El tamiz puede poseer una sola superficie tamizante o llevar dos o tres tamices en serie.
5. Tamices oscilantes Se caracterizan por una velocidad relativamente pequeña (300 a 400 oscilaciones por minuto) en un plano esencialmente paralelo al del tamiz. La criba lleva un tamiz que se mueve en un vaivén mediante una excéntrica y otro mecanismo enlazado al único soporte del tamiz, que suele ser una barra vertical que sostiene a la caja del mismo. Constituye el tipo más barato de tamiz que ofrecen los constructores, y se aplica para trabajos intermitentes o discontinuos. El cernidor está formado por una caja que lleva un cierto número de telas tamizantes dispuestas unas sobre otras, que reciben un movimiento oscilante por una excéntrica o contrapeso que describe una órbita casi circular. 6. Tamices de Vaivén Se propulsan mediante una excéntrica montada en el lado de la alimentación. El movimiento varía desde el giratorio de casi 50 mm de diámetro, en el extremo de
alimentación, hasta 1 de vaivén en el extremo o de descarga. Estos tamices suelen tener una inclinación de unos 50 sexagesimales, dando al tamiz un movimiento perpendicular a las del tamizado, de casi 2,5 mm. Bajo la superficie activa del tamiz y mediante las bolas de caucho localizadas en determinadas zonas se consigue además, otra vibración. Este equipo está muy generalizado se usa mucho para el tamizado de productos químicos secos hasta el tamaño correspondiente a casi 30 mallas.
7. Tamices Rotatorio o de tambor (Tromel) Está formado por un tamiz de forma cilíndrica o tronco – cónica, que gira sobre su eje. Pueden disponerse varios tambores en serie, de modo que el tamizado del primero pase luego al segundo y de éste al tercero, etc. En algunos casos se construyen tamices de diferentes lados de orificios, dispuestos longitudinalmente, y la alimentación entra por el lado del tamiz más fino. De este modo se fracciona un producto en materiales de distintos tamaños. Pero la operación no resulta tan eficaz como en el caso de una serie de tambores sencillos o de un solo tambor compuesto. El tambor compuesto está formado por dos o más superficies de tamizado, montadas concéntricamente sobre un mismo eje. La superficie tamizante con los
orificios de mayor diámetro está montada en el interior del tambor, y la de agujeros más finos, en el exterior, resultando así materiales con tamaños intermedios comprendidos entre los dos límites. La capacidad del Tromel aumenta con la velocidad de rotación hasta un valor de ésta para lo cual cegado el tamiz por acumulaciones y atasque del material en sus orificios. Si la velocidad de rotación se incrementa hasta la velocidad critica, el material ya no se desliza sobre la superficie tamizante, sino que es arrastrado por el tambor en su giro, debido a la acción de la fuerza centrífuga. Generalmente la mejor velocidad de trabajo es de 0,33 a 0,45 veces la crítica. 8. Devanaderas o cedazos giratorios Consisten en tamices de velocidades algo elevadas. Se utilizan tanto en la industria harinera, como en las que manejan otros casos de materiales ligeros, secos y no abrasivos. Las superficies tamizantes están formadas por telas de seda apoyadas sobre mallas de alambre. Su velocidad de rotación es superior a la velocidad crítica de un Tromel, y de tal valor que las partículas de producto tamizado son lanzadas hacia fuera de la tela de cernido por la acción de la fuerza centrífuga. La superficie puede limpiarse mediante unos cepillos montados dentro de la devanadera. Esta clase de máquinas suele tener un diámetro de 60 a 100 cm, longitudes de 1,50 a 2,50 m y girar a velocidades de 100 hasta 200 RPM.
Equipos de tamizado y criterios de selección.
El objetivo del tamizado es una separación completa de los productos deseados y los desechos.
1. Velocidad de alimentación: Si la velocidad de alimentación es demasiado grande, el tiempo de residencia sobre la superficie de tamizado resulta
insuficiente. El tamiz se sobrecarga y parte de los materiales que debieran ser finos acompañan a los gruesos. El ángulo de inclinación del tamiz también influye sobre el tiempo de residencia. Un ángulo demasiado grande (muy pendiente) dará como resultado un tiempo de residencia insuficiente, mientras que un ángulo muy pequeño puede reducir el flujo gravitatorio a través del tamiz.
2. Tamaño de partícula: Aunque la partícula sea suficientemente pequeña, sólo pasará a través del tamiz si se alinea adecuadamente. Las partículas grandes tienden a impedir el paso de las pequeñas y, si la proporción de gruesos es grande, puede necesitarse una separación preliminar.
3. Humedad: Si el producto de partida está húmedo pueden aglomerarse las partículas pequeñas y las grandes; las pequeñas serán arrastradas con las grandes. 4. Tamices deteriorados o rotos: Las partículas grandes se colarán por las zonas dañadas, con lo que disminuirá la eficacia de la separación. Los tamices defectuosos se deben reparar de inmediato. Los tamices finos son muy frágiles y hay que tratarlos con gran cuidado. 5. Embotamiento de los tamices: Cuando el tamaño de las partículas es similar al de apertura de la malla, los tamice se suelen obturar. Las partículas cuyo tamaño les permitiría atravesarlo se ven arrastradas con los gruesos. Los tamices así cegados deben limpiarse de inmediato, si se quiere mantener su eficacia. 6. Carga electrostática. Al tamizar productos secos en polvo, se pueden cargar las partículas; las pequeñas se agregarán y se comportarán, no como finos, sino como gruesos. La aglomeración se evita conectando el tamiz a tierra, lo que impedirá también que se alcance un alto voltaje de electricidad estática en ambientes potencialmente explosivos.
Se utilizan tamices normalizados, de hasta 16 mm de apertura, para el análisis de tamaños por tamizado. El intervalo corriente de tamaño de partícula medido por estos métodos es de 50-3.000 pm. El tamaño de las partículas más gruesas se determina normalmente por medida directa.
En las publicaciones del British Standards Institute se detallan las técnicas de análisis de tamaño de partícula de productos en polvo, mediante la utilización de tamices. El BS 3406 trata del sistema de muestreo y el BS 1976: 1976 del método, la nomenclatura y la presentación de resultados. El BS 410: 1986 recoge las especificaciones británicas para cedazos de aperturas entre 16 mm y 32 um.
Conclusiones
En las industrias alimentarias es indispensable reducir el tamaño y tamizar los sólidos o materias primas fuertes, ya que, de estas reducciones se obtiene otras derivaciones y facilita el trabajo para determinados constituyentes deseados. Por otra parte conocimos satisfactoriamente dicha operación unitaria con ayuda de conceptos empleados en las industrias tanto actual como antiguamente a fin de desarrollar mejoras en la calidad de productos terminados, aumento de productos derivados de dicha materia prima o conocer el sistema de operación de las maquinarias empleadas para el trabajo de reducción y tamizado de sólidos.
Por medio de leyes establecidas por científicos, expertos en la materia nos obsequia una mayor facilidad de comprensión de las capacidades de trabajo de los equipos utilizados en las separaciones mecánicas de productos, donde ellos consideraron las necesidades específicas de estos para reducir su tamaño y generar mejores utilidades tanto en su época de descubrimiento como ahora en la actualidad. Sin embargo, no todos los equipos de trabajo tienen la misma función para diferentes productos y para esto conocimos algunos criterios que deben usarse para seleccionar correctamente la materia que se va a trabajar y la que se tiene que desechar o darle otra utilidad.
Bibliografía Brennan J.G Butters J. R. N. D. Cowell, A. E. V. Lilly. Las operaciones de la Ingeniería de los alimentos, 1998. Editorial Acribia. Zaragoza, España. Tercera Edición. Pág. 69-93
