Informe de Molienda y Tamizado Integrantes: Escalante Maldonado, Iris Gómez Castillo, Miguel Yépez Adrianzén, Daniella
Profesora
2011 - I
Silvia Melgarejo
I. INTRODUCCIÓN La mayoría de alimentos granulados, son sometidos a la reducción del tamaño de sus partículas, por medio de una operación llamada molienda. La disminución del tamaño de estos alimentos granulares por medio de ésta operación, permite: facilitar la extracción de un constituyente, aumentar la superficie del sólido y mejorar la mezcla íntima de éstos. Para lograr éste propósito se emplean cierto tipo de maquinas encargadas de ésta función. Tal es el caso de los llamados molinos, los cuales son muy utilizados en la producción de harina; aunque ciertos aparatos domésticos (como la licuadora), tienden a cumplir, también, con dicha función. El Tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo. La separación de materiales sólidos por su tamaño es importante para la producción de diferentes productos. Además de lo anterior, se utiliza para el análisis granulométrico de los productos de los molinos para observar la eficiencia de éstos y para control de molienda de diversos productos o materias primas. El tamiz consiste de una superficie con perforaciones uniformes por donde pasará parte del material y el resto será retenido por él. Para llevar a cabo el tamizado es requisito que exista vibración para permitir que el material más fino traspase el tamiz. Los tipos de tamices que vibran rápidamente con pequeñas amplitudes se denominan "Tamices Vibratorios". Las vibraciones pueden ser generadas mecánica o eléctricamente. Las vibraciones mecánicas usualmente son transmitidas por excéntricos de alta velocidad hacia la cubierta de la unidad, y de ahí hacia los tamices. El rango de vibraciones es aproximadamente 1800 a 3600 vibraciones por minuto.
El objetivo de la práctica fue
Conocer el funcionamiento de diferentes equipos de molienda
Obtener información de la distribución de tamaños mediante la elaboración e interpretación de curvas diferenciales granulométricas de la harina de maíz blanco.
II. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 MATERIALES - Material a moler: Maíz
- Molino industrial - Juego de tamices Tyler
juego de tamices (Tyler)
- Escobilla - Balanza - Ro-tab - Cronómetro
2.2 MÉTODOS 2.2.1 Molienda del producto Alimentar el molino con una cantidad conocido de producto, moler el producto, apagar el molino, descargar el molino y pesar la cantidad de producto molido obtenido. Determinar el rendimiento del molino.
masa de producto molido masa de producto en la alimentación (g) Fig 2.1: Proceso de molienda para el maíz 1. Colocar el alimento en el molino, moler 2. Pesar producto obtenido
x 100
2.2 Tamizado del producto - Armar el juego de tamices. Este quedará armado como la figura presentada a continuación:
.tamiz armado
- Colocar 451g del producto molino en el tamiz superior y tamizar el producto por 10 minutos bajo agitación en el Ro-tab.
Pasos para el tamizado
- Vaciar con mucho cuidado (limpiando con la escobilla) el contenido de cernido de cada tamiz en papel previamente tarado. Pesar y anotar a que tamiz corresponde.
III. RESULTADOS Y DISCUSIONES Cuadro 1. Datos para la determinación del rendimiento en el proceso de molienda. peso de maíz inicial (g) peso final de maíz (g)
491.6 381.69
Determinación del rendimiento del molido, mediante la fórmula: n=
masa de producto molido (g) masa de producto en la alimentación (g)
x 100
Cuadro 2. Composición granulométrica del producto molido de maíz . Nº tamiz
Luz de malla
Masa del % % Rechazo % Cernido producto Retenido Acumulado Acumulado retenido (Rechazo) (g)
(μm)
30 40 50 60 Plato Total
600 425 300 250 0
28.1 29.2 11.3 4.6 25.6 98.8
28.44 29.55 11.44 4.66 25.91 100.00
28.44 58.00 69.43 74.09 100
71.56 42.00 30.57 25.91 0
Grafico 1. Porcentaje de peso retenido vs. El diámetro de partícula.
% peso retenido vs. Diametro de particula 35.00 30.00
o d i 25.00 n e t 20.00 e r o 15.00 s e p 10.00 %
5.00 -
0
100
200
300
400
diametro de particula
500
600
700
Grafico 2. % Cernido acumulado Vs. Diámetro de la partícula (μm).
%Cernido Acumulado vs. Diametro de particula 80.00 o d 70.00 a l u 60.00 m50.00 u c a 40.00 o d i 30.00 n r 20.00 e C % 10.00
0
100
200
300
400
500
600
700
diametro de paritcula
Grafico 3. % de Rechazo acumulado Vs. Diámetro de la partícula (μm).
%Rechazo Acumulado vs. Diametro de particula 120.00 o d 100.00 a l u m 80.00 u c a 60.00 o z a h 40.00 c e R 20.00 %
0
100
200
300
400
500
600
700
diametro de paritcula
(Loncin, 1965) citado por (Vásquez, 1987) afirma que el tamizado se realiza vertiendo el producto sobre una superficie que tiene orificios de unas dimensiones dadas, las partículas de mayor tamaño no pasan a través mientras que si lo hacen las menores. Esto fue verificable en el laboratorio, como se aprecia en el cuadro2 el porcentaje de retenido disminuye al disminuir la luz de malla o al aumentar el número de tamiz.
En la práctica realizada, se realizó un tamizado dispuesto en cascada es decir, los tamices se colocan de acuerdo a la luz de malla decreciente como indica el Cuadro 2, esta disposición ayuda a separar las partículas en fracciones de mayor a menor tamaño, quedando las partículas más grandes en la parte superior y las más finas en la parte inferior. Earle (1998) afirma que las velocidades de paso a través de los tamices dependen de muchos factores, principalmente de la naturaleza y forma de las partículas, de la frecuencia y amplitud de la agitación, de los métodos utilizados para prevenir la adhesión de las partículas a los agujeros del tamiz y de la tensión y naturaleza física de la sustancia de que está hecho el tamiz. Según Vian, (1979), para que la operación se efectúe es necesario que el sólido a tamizar y el tamiz encargado de ello se encuentren en movimiento relativo, para con ello dar oportunidad a las partículas del sólido a que coincidan con las aberturas del tamiz y que pasen a través de estas las de menor tamaño, como pudo verse en la práctica el juego de tamices fue expuesto a un movimiento vibratorio que tuvo por finalidad lo mencionado. Como se mencionó la práctica se realizo con la serie de tamices Tyler, el cual según Vian ,(1979) se caracteriza por poseer demasiados tamices y próximas en aberturas, por eso en ocasiones se utiliza estos tamices alternadamente como en la práctica, además este juego de tamices presenta dos series, la serie fina y la gruesa, en la práctica solo se uso la serie fina por las características del producto. Según Brown (1965) el análisis granulométrico es un método de control del proceso de molienda y es el método más sencillo para la clasificación granulométrica en el laboratorio. Este método consiste en pasar el producto por una serie de tamices que posean orificios o mallas progresivamente decrecientes. Ésta fue la metodología aplicada en la práctica, debido a su simplicidad y practicidad. Brennan (1998) afirma que existen factores que afectan la eficiencia del tamizado tales como: la velocidad de alimentación, si esta 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. En la práctica este factor no influyó puesto que hubo una sola alimentación.
Según Perry (1984), la finura del producto se regula cambiando la velocidad del rotor, la velocidad de alimentación o la abertura entre los martillos y la placa de molienda, así como también cambiando la cantidad de alimentación y el tipo de martillos utilizados. Por lo que, hubiésemos obtenido resultados del análisis granulométrico distintos si se hubieran modificado los factores antes mencionados. Los diagramas acumulados, muestran las fracciones en peso que pasan a través de cada tamiz, según su abertura, constituyen la base de comparación de distintas mezclas de partículas de un material y permite descubrir sus variaciones con el tiempo o con la calidad de una carga (Brown, 1955). En los gráficos 2 y 3 se realiza el diagrama acumulado de los datos del análisis granulométrico correspondiente. Al comparar las figuras con la de la bibliografía, se aprecia un comportamiento similar en el caso del diagrama acumulado, debido a que el desarrollo de la curva es independiente de la serie de tamices utilizada, pues sólo basta con la suma de las fracciones que han atravesado los tamices.
Figura 1. Diagrama acumulado de las fracciones del total que han atravesado los distintos tamices.
En las gráficas correspondientes al análisis acumulativo tanto de rechazo y del cernido, se ubico en las abscisas a la fracción acumulada y en las ordenadas a la abertura o luz de malla que nos podrían servir para observar el comportamiento de la masa en cada tamiz; además de poder identificar la cantidad de masa que se puede acumular teniendo un determinado diámetro de partícula. Al comparar el análisis diferencial con el análisis acumulativo, podremos decir que es más exacto el análisis diferencial ya que es independiente en cada malla.
Grafico 4. % Cernido acumulado, % de Rechazo acumulado Vs. Diámetro de la partícula (μm).
%Rechazo, %Cernido Acumulado vs. Diametro de particula 120.00
o d a 100.00 l u m u 80.00 c a o 60.00 z a h c 40.00 e R % , 20.00 o d i n r e C %
0
100
200
300
400
500
600
700
diametro de paritcula
En el cuadro 4 se aprecian tanto el cernido acumulado como el cernido rechazado en comparación del numero de malla tal y como se discutió anteriormente.
IV. CONCLUSIONES - En el tamizado siempre se cumple que luz de malla es inversamente proporcional a la masa del producto retenido, y directamente proporcional al cernido. - El diámetro de la partícula es directamente proporcional al producto retenido e inversamente proporcional al cernido.
-
Hay relativamente pocos factores para influir en el tamizado a parte de los directamente relacionados con el proceso en si, como la luz de malla, el movimiento en el tamizado.
V. RECOMENDACIONES Es importante analizar el producto que se someterá a una operación de molienda y tamizado, pues el producto pueda necesitar un tratamiento anterior a determinados procesos. Los tamices deben encontrarse en perfecto estado, por lo que se revisará que no presenten ninguna interferencia (partículas, etc), en dicho proceso. Se podría realizar el proceso con varios insumos, en pequeñas cantidades para tener varios casos analizar y comparar. Es recomendable que se hagan coordinaciones con varios miembros del grupo para asegurar la presencia del material en la práctica. Se podría hacer el trabajo coordinadamente compartido para que todos tengan una buena experiencia en el aprendizaje.
VI. CUESTIONARIO 1. Describa como se mide el rendimiento de un molino. Según Badger et al ., (1979), para calcular la eficacia de los molinos se compara la cantidad de energía necesaria por unidad nueva producida en las pruebas de molido con la energía superficial teórica calculada por consideraciones termodinámicas dando eficacias del orden de 0.1 a 1%. Además se han propuesto índices de molienda, en los que se emplea para definir el índice la reducción de tamaño después de un tiempo determinado, en una molienda de laboratorio cuidadosamente definida. Estos últimos índices pueden tener éxito en la evaluación del comportamiento de distintos materiales en un molino determinado pero no parece que sean de aplicación general.
Según Brown (1965), el rendimiento teórico del molino (RTM) se puede calcular con la siguiente relación:
RTM =
Potencia min ima necesaria para crear la nueva sup erficie Incremento de potencia debido a la c arg a
Loncin (1965), señala que, para un molino de martillos cuanto mayor es el número de martillos en un rotor tanto menor es el rendimiento por energía con sumida.
2. Realice un cuadro donde especifique: tipos de molino y su aplicación en la industria alimentaria. Tipo
Molino de martillos
Mecanismo
Aplicación
Constituido de un disco giratorio, situado en Reducción
de
el interior de una carcasa que soporta
productos
variados:
varios martillos móviles adosados a su
sólidos cristalinos duros como
periferia. El disco gira a elevada velocidad sal
y
tamaño
azúcar,
de
desde
productos
golpeando los martillos a la alimentación
untuosos
hasta productos
que se introduce por la tolva superior. La
fibrosos como vegetales.
ruptura de las partículas se produce por choque de éstas contra las paredes o por rozamiento entre ellas mismas. En la parte inferior dispone de una rejilla perforada que permite la salida de partículas finas Molino de cuchillas
Similar al molino de martillos pero dispone
Reducción
de
tamaño
de cuchillas cortantes en lugar de martillos.
productos
variados:
de
desde
sólidos cristalinos especias y productos fibrosos. Utiliza la fuerza de cizalla para la reducción Molino de discos
de tamaño. Puede ser de disco único o de
giratorios
doble disco. La trituración de la carga se debe a la intensa acción cizallante, la separación
entre
discos
y
armadura
determina el tamaño el tamaño de producto.
Molienda de productos finos.
Molino de piedras
Sobre un eje se montan dos piedras Molino
harinero.
Se
utiliza
circulares. La superior que corrientemente
también en la industria del
es fija, tiene una boca para la entrada de la
chocolate, para la trituración de
carga. La inferior gira. La carga pasa por el
granos de cacao.
espacio que queda entre las dos piedras. Los productos salen por el borde de la piedra inferior. Molino de bolas
Opera bajo fuerza de cizalla e impacto. Productos muy duros y obtener Constituido de disco giratorio, horizontal
polvos de gran finura. Molienda
que se mueve a poca velocidad en cuyo
de colorantes y cacao.
interior se halla cierto número de bolas de acero o piedra dura. Las bolas caen al girar e impactan el producto, y al girar cizallan el producto a moler. Molino de barras
Las bolas se sustituyen por barras de acero. Se recomienda para moler El efecto del impacto es menos acusado.
sustancias untuosas que se adhieren a las bolas a las que restan eficacia.
Molinos ultrafinos
Utilizan la energía de un fluido (vapor Admiten
como
alimentación
comprimido o agua) para provocar la
tamaños no superiores a 6 mm
reducción de tamaño. La alimentación es
y dan lugar a productos con
por un tubo Ventura situada en la parte
tamaños entre 1 y 50 m.
inferior
del
equipo.
Los
sólidos
son
arrastrados por el fluido y obligados a recorrer la carcasa tubular. La ruptura es consecuencia del rozamiento ellas y las paredes del equipo. Molino de rodillos
Consta de dos rodillos con sus ejes Molienda de trigo y centeno, dispuestos horizontalmente y paralelos que giran en sentido opuesto. Genera esfuerzo de
compresión
y
cizalla.
uniformidad granulométrica
Da
buena
para convertirlos en harinas.
3. ¿Qué propiedades físicas de la partícula se relacionan con la operación de molienda? ¿Qué papel juegan estas propiedades en la selección del tipo de molino? Para seleccionar un tipo de molino se deben considerar las características de la materia prima inicial. La dureza de un material implica un mayor esfuerzo y gasto energético durante el proceso de trituración, pudiendo causar abrasión a la superficie del molino, por lo que para este tipo de alimentos se suelen emplear molinos como el de martillos que son resistentes a esfuerzos de fricción elevados. Así también cuando los productos son frágiles o poseen una estructura cristalina se debe utilizar molinos que operen por fuerzas de compresión y cuando son fibrosos, molinos donde prevalezca la fuerza de cizalla. La presencia de humedad puede facilitar la operación de reducción de tamaño de partículas finas en suspensiones coloidales o dificultar la molienda cuando provoca la aglomeración de las partículas. Por último, se debe considerar la sensibilidad a la temperatura del producto a moler, pues la molienda genera calor y eleva la temperatura pudiendo causar la degradación de los componentes, y producir untuosidad que provoca una disminución en la eficiencia de la molienda.
4. ¿A qué se debe la aglomeración de las partículas durante el tamizado? Describa algunas técnicas de tamizado que se utilizan para evitar esta aglomeración.
Factor
Descripción
Técnicas a emplear
A una velocidad de alimentación Regular Alimentación
la
velocidad
de
grande el tiempo de residencia alimentación del producto a sobre la superficie de tamizado es tamizar. ineficiente, el tamiz se sobrecarga y parte de los materiales que deberían ser finos acompañan a los gruesos. Una pendiente pronunciada dará Utilizar un ángulo de inclinación
Angulo de inclinación del como tamiz
resultado
un
tiempo
de adecuado
residencia insuficiente mientras que una pendiente de ángulo menor puede reducir el flujo gravitatorio a través del tamiz. Aunque
Tamaño de la partícula
la
suficientemente
partícula
sea
pequeña
lo Emplear
una
separación
sólo preliminar de las partículas
pasará a través del tamiz si se alinean
adecuadamente.
Las
partículas grandes tienden a impedir el paso de las pequeñas cuando están en una proporción grande. Si el producto de partida está Utilizar productos de humedad Humedad
húmedo puedan aglomerarse las adecuada. partículas pequeñas y las grandes, las pequeñas serán arrastradas con las grandes
Las partículas grandes se colocaron Realizar Deterioro del tamiz
por
las
zonas
un
mantenimiento
diseñadas adecuado de las tamices y tener
disminuyendo la eficacia de la un especial cuidado con los separación
tamices debido a su fragilidad
Cuando el tamaño de partículas es Limpieza Embotamiento
de
tamices
inmediata
los similar al del tamaño de la malla, los mantenimiento de los tamices tamices
se
suelen
a
obturar
generando que las partículas cuyo tamaño les permitiría atravesar el tamiz se ven arrastradas con los gruesos. Al tamizar productor secar en polvo, Conectar el tamiz a tierra Carga electrostática
se pueden cargar las partículas, las pequeñas
se
agregaran
y
se
comportarán, no como finos, sino como gruesos produciéndose la aglomeración Fuente: Brennan et al . (1998)
y
5. ¿En qué productos relacionados con la industria alimentaria es importante la granulometría del mismo? ¿a qué se debe su importancia? La granulometría se aplica en harinas principalmente; además en alimentos balanceados, donde es importante la homogenización del tamaño de las partículas para evitar la separación de los componentes en la mezcla, lo cual también se observa en productos como colorantes. Además, el azúcar es, un producto que requiere de este análisis, ya que el tamaño final de partícula determina la calidad de producto terminado. El análisis granulométrico, indica los módulos de finura e índices de uniformidad de diferentes productos siendo el módulo de finura un indicador de la uniformidad de la molienda, determinando también el tamaño de partícula; y el índice de uniformidad permite encontrar la distribución o proporción de las partículas finas, medianas y gruesas (Henderson, 1966 citado por Macedo, 1990).
6. Adjunte una norma (metodología) de análisis granulométrico de un producto. NORMA: AOAC Official Method 965.22 Método de Tamizado
First Action 1965 Final Action 1966
A. Equipos: (a) Equipo para darle movimiento al Tamiz (agitador).- Como el Ro - tap que brinda movimiento al tamiz (W.S. Tryler Inc., 8570 Tyler Alud, Mentod, OH 44060). (b) Juego de tamices y platos.- Tamiz de 8’’ de diámetro, de número 20, 30, 40, 60, 100, u otra serie similar.
B. Determinación: Exactamente un peso de 50
0.1g de muestra representativa bien mezclada del polvo a analizar,
945.14 (ver 27.4.01). (Para obtener una muestra representativa < 100 g, pasar sucesivamente a través la muestra dividida). Transferir la muestra al tamiz superior del juego de tamices con el plato, armar y fijar en el agitador, y agitar por 5 minutos. Pesar, a 0.1g, las partículas de polvo retenidas y adheridas en cada uno de los tamices, o retenidas en el plato.
Calcular el peso de la fracción retenida en cada tamiz y la fracción retenida e n el plato, como % del peso de muestra. Reportar el % de cada fracción con 1 decimal. Refrénese: ASBC: Adjunct Materials; Cereals 2. th
( Fuente: AOAC INTERNATIONAL. 1995. Official Methods of Analysis of AOAC international. 16 edition. Volumen II. USA.)
VII. BIBLIOGRAFÍA
Perry, J. 1985. Manual del ingeniero químico. Madrid. España.
Brown, G. 1965. Operaciones Básicas de la Ingeniería Química. Editorial Marin S.A.
Bejarano, E.; Bravo, M.; Huamán, M; Huapaya, C; Roca, A; Rojas, E. 2002. Tabla de Composición de Alimentos Industrializados. Ministerio de salud. Instituto Nacional de Salud. Centro Nacional de Alimentación y Nutrición. Lima.
Brennan J.G.; Butters, J.R.; Cowell, N.D.; Lilly; A.E.V. 1970. Las operaciones de la ingeniería
de
los
alimentos.
Colegio
Nacional
de
Tecnología de los alimentos. Editorial Acribia Zaragosa. España.
Coulson, J.M; Richardson, J.R.; Backhurst J.R. y Harker, J.H. 1981.
Chemical
Engineering. Segundo volumen. Tercera edición. Editorial Reverté, S.A.
Geankoplis, C.J. 2006. Proceso de transporte y principios de procesos de separación (incluye operaciones unitarias) Cuarta edición. Compañía editorial Continental. México.
BROWN, G. 1965. Operaciones Básicas de la Ingeniería Química. Editorial Marin S.A.
VIAN, A. OCON, L. 1979. Elementos de la Ingeniería Química. Editorial Aguilar. Madrid. España.
http://www.bvsde.paho.org/bvsAIDIS/PuertoRico29/saldes.pdf
VIII. ANEXOS ESQUEMA DEL PROCESO DE MOLIENDA DE LOS GRANOS DE TRIGO PARA LA OBTENCIÓN DE HARINA DE TRIGO
