Almidón agrio de yuca en Colombia; Tomo 2: Planta ...Le CIRAD, Centre de coopération...

CIAT

La misión del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) es reducir el hambre y la pobreza en los trópicos mediante una investigación colaborativa quemejore la productividad agrícola y el manejo de los recursos naturales.

El CIAT es uno de los 16 centros internacionales de investigación agropecuaria, conocidos ya como los Centros de la Cosecha del Futuro, que son auspiciadospor el Grupo Consultivo para la Investigación Agrícola Internacional (GCIAI).

El trabajo del CIAT es financiado por un gran número de países, organizaciones para el desarrollo regional e internacional y fundaciones privadas. En el 2001,los siguientes países son donantes del CIAT: Alemania, Australia, Bélgica, Brasil, Canadá, Colombia, Dinamarca, España, Estados Unidos de América, Francia,Holanda, Italia, Japón, México, Noruega, Nueva Zelanda, Perú, Reino Unido, Sudáfrica, Suecia, Suiza y Tailandia. Entre las entidades donantes están el BancoAsiático de Desarrollo (ADB), el Banco Interamericano de Desarrollo (BID), el Banco Mundial, el Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo (CIID), elFondo Internacional para el Desarrollo Agrícola (IFAD), la Fundación Ford, la Fundación Kellogg, la Fundación Nippon, la Fundación Rockefeller, la FundaciónWallace, y la Unión Europea (UE).

La información y las conclusiones contenidas en esta publicación no reflejan necesariamente los puntos de vista de los donantes.

La mission du Centre International d’Agriculture Tropicale (CIAT) est de reduire la faim et la pauvreté dans les régions tropicales au moyen d’une recherche encoopération qui peuve améliorer la productivité agricole et l’usage des ressources naturelles.

Le CIAT fait partie d’un système de 16 centres internationaux de recherche agricole, connus maintenant comme Centres de la Récolte Future, qui sont patronnépar le Groupe Consultatif pour la Recherche Agricole Internationale (GCRAI).

Le travail du CIAT est financé par un grand nombre de governements des nations, d’organisations pour le développement régional et international et defondations privées. En 2001, les pays donateurs du CIAT sont l’Afrique du Sud, l’Allemagne, l’Australie, la Belgique, le Brasil, le Canada, la Colombie, le Danemark,les Etats Unis d’Amérique, la France, l’Italie, le Japon, le Mexique, la Norvège, la Nouvelle Zélande, les Pays-Bas, le Pérou, le Royaume-Uni, la Spagne, la Suède, laSuisse et la Thaïlande. Les organisations donatrices comprennent la Banque Asiatique de Développement, la Banque Interaméricaine de Développement (BID), laBanque Mondiale, le Centre de Recherches pour le Développement International (CRDI), le Fond International pour le Développement Agricole (IFAD, son sigle enanglais), la Fondation Ford, la Fondation Kellogg, la Fondation Nippon, la Fondation Rockefeller, la Fondation Wallace et l’Union Européenne (UE).

L’information et les conclusions contenues dans ce document ne reflètent pas nécessairement la position des donateurs mentionnés ci-dessus.

The mission of the International Center for Tropical Agriculture (CIAT, its Spanish acronym) is to reduce hunger and poverty in the tropics through collaborativeresearch that improves agricultural productivity and natural resource management.

CIAT is one of 16 international agricultural research centers, known as the Future Harvest centers, supported by the Consultative Group on InternationalAgricultural Research (CGIAR).

The Center’s work is financed by a great number of countries, international and regional development organizations, and private foundations. In 2001, donorcountries include Australia, Belgium, Brazil, Canada, Colombia, Denmark, France, Germany, Italy, Japan, Mexico, the Netherlands, New Zealand, Norway, Peru,South Africa, Spain, Sweden, Switzerland, Thailand, the United Kingdom, and the United States of America. Donor organizations include the Asian DevelopmentBank (ADB), the European Union (EU), the Ford Foundation, the Inter-American Development Bank (IDB), the International Development Research Centre (IDRC),the International Fund for Agricultural Development (IFAD), the Kellogg Foundation, the Nippon Foundation, the Rockefeller Foundation, the Wallace Foundation,and the World Bank.

Information and conclusions reported in this document do not necessarily reflect the position of any donor agency.

CIRAD

El Centro de Cooperación Internacional en Investigación Agronómica para el Desarrollo (Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour ledéveloppement, CIRAD) es una organización francesa de investigación, especializada en la agricultura de los trópicos y subtrópicos. Fue establecido como entidadestatal en 1984 para consolidar varias organizaciones francesas que investigaban en agricultura, veterinaria, silvicultura y tecnología alimentaria en las regionestropical y subtropical.

La misión del CIRAD es contribuir al desarrollo económico de esas regiones mediante la investigación, la experimentación, la capacitación y la diseminación dela información técnica y científica. El Centro emplea 1800 funcionarios cuya labor se realiza en 50 países; de ellos, 900 pertenecen al personal principal. Elpresupuesto del Centro llega, aproximadamente, a 1000 millones de francos franceses (aproximadamente, US$195 millones), de los cuales más de la mitad provienede fondos públicos.

El CIRAD está compuesto por siete departamentos: CIRAD-CA (cultivos anuales), CIRAD-CP (cultivos de especies arbóreas), CIRAD-FLHOR (frutales y cultivoshortícolas), CIRAD-EMVT (producción pecuaria y medicina veterinaria), CIRAD-Forêt (manejo de bosques), CIRAD-TERA (territorios, medio ambiente y usuarios), yCIRAD-AMIS (mejoramiento de los métodos que propician la innovación científica). El CIRAD emplea, para realizar su trabajo, sus propios centros de investigación,los sistemas nacionales de investigación agropecuaria o los proyectos de desarrollo.

Le CIRAD, Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement, est un organisme scientifique spécialisé en agriculture des régionstropicales et subtropicales. Sous la forme d’un établissement public, il est né en 1984 de la fusion d’instituts de recherche en sciences agronomiques, vétérinaires,forestières et agroalimentaires des régions chaudes. Sa mission: contribuer au développement de ces régions par des recherches, des réalisations expérimentales,la formation, l’information scientifique et technique.

Il emploie 1800 personnes, dont 900 cadres, qui interviennent dans une cinquantaine de pays. Son budget s’élève à 1 milliard de francs, dont plus de la moitiéprovient de fonds publics.

Le CIRAD comprend sept départements de recherche: cultures annuelles (CIRAD-CA); cultures pérennes (CIRAD-CP); productions fruitières et horticoles(CIRAD-FLHOR); élevage et médecine vétérinaire (CIRAD-EMVT); forêts (CIRAD-Forêt); territoires, environnement et acteurs (CIRAD-TERA); amélioration des méthodespour l’innovation scientifique (CIRAD-AMIS). Le CIRAD travaille dans ses propres centres de recherche, au sein de structures nationales de recherche agronomiquedes pays partenaires, ou en appui à des opérations de développement.

The Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD) is a French scientific organization specializing in development-oriented agricultural research for the tropics and subtropics. It is a state-owned body and it was established in 1984 following the consolidation of French agricultural,veterinary, forestry, and food technology research organizations for the tropics and subtropics.

CIRAD’s mission is to contribute to the economic development of these regions through research, experiments, training, and dissemination of scientific andtechnical information. The Centre employs 1800 persons, including 900 senior staff, who work in more than 50 countries. Its budget amounts to approximately1 billion French francs, more than half of which is derived from public funds.

CIRAD is made up of seven departments: CIRAD-CA (annual crops), CIRAD-CP (tree crops), CIRAD-FLHOR (fruit and horticultural crops), CIRAD-EMVT(animal production and veterinary medicine), CIRAD-Forêt (forestry), CIRAD-TERA (territories, environment and people), and CIRAD-AMIS (advanced methods forinnovation in science). CIRAD operates through its own research centres, national agricultural research systems, or development projects.

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Centro Internacional de Agricultura TropicalInternational Center for Tropical Agriculture

Centre de coopération internationale en rechercheagronomique pour le développement

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Centro Internacional de Agricultura TropicalInternational Center for Tropical AgricultureApartado Aéreo 6713Cali, Colombia

Fax: (57-2) 4450073E-mail: [email protected]

[email protected]@cirad.fr

Publicación CIAT No. 323ISBN 958-694-036-5Tiraje: 750 ejemplaresImpreso en ColombiaJulio 2001

Rivier, MichelAlmidón agrio de yuca en Colombia = Amidon aigre de manioc en Colombie = Cassava sour starch in

Colombia / Michel Rivier, Martín A. Moreno, Freddy Alarcón, Ricardo Ruiz, Dominique Dufour.-- Cali, Colombia : Centro Internacional de Agricultura Tropical, 2001.

251 p. -- (Publicación CIAT ; no. 323) ISBN 958-694-036-5

Contenido: v.2. Planta procesadora : descripción y planos de los equipos = Unité de production :description et plans des équipements = Processing plant : description, plans, and layout.

1. Manihot esculenta. 2. Almidón. 3. Industria almidonera. 4. Maquinaria industrial.5. Investigación participativa. 6. Transferencia de tecnología. 7. Colombia. 8. Yuca.I. Moreno, Martín A. II. Alarcón, Freddy. III. Ruiz, Ricardo. IV. Dufour, Dominique. V. Tít.

1. Manihot esculenta. 2. Starch. 3. Starch industry. 4. Industrial equipment.5. Participatory research. 6. Technology transfer. 7. Colombia. 8. Cassava.I. Moreno, Martín A. II. Alarcón, Freddy. III. Ruiz, Ricardo. IV. Dufour, Dominique. V. Title.

Categoría de materia AGRIS : N20 Maquinaria y equipo agrícola

Clasificación LC : SB 211 .C3 R5

Derechos de Autor CIAT 2002. Todos los derechos reservados

El CIAT propicia la amplia diseminación de sus publicaciones impresas y electrónicas para que el público obtenga deellas el máximo beneficio. Por tanto, en la mayoría de los casos, los colegas que trabajan en investigación y desarrollono deben sentirse limitados en el uso de los materiales del CIAT para fines no comerciales. Sin embargo, el Centroprohíbe la modificación de estos materiales y espera recibir los créditos merecidos por ellos. Aunque el CIAT elaborasus publicaciones con sumo cuidado, no garantiza que sean exactas ni que contengan toda la información.

Dedicatoria

Los autores desean asociar a esta obra a todas las personas quecontribuyeron a ella con la recolección de información técnica, con elmejoramiento de los equipos o el desarrollo de iniciativas tecnológicas, ycon la validación de las innovaciones directamente en las unidades deprocesamiento. Vinculan también a la obra, muy especialmente, a losprocesadores de almidón y a los mecánicos propietarios de los talleres localesen que se fabricaron los equipos, quienes permitieron que el proyecto sebeneficiara con sus conocimientos, sus habilidades y su experiencia.

Dédicace

Les auteurs souhaitent dédier cet ouvrage à tous ceux qui ont contribué àla collecte des informations techniques, à l’amélioration des équipements,au développement et aux validations technologiques des innovations dansles unités de transformation. Tout particulièrement, nous souhaitons dédiercet ouvrage aux producteurs d’amidon de manioc et aux constructeurslocaux qui ont mis à disposition du projet leurs connaissances, leursavoir-faire et leur expérience.

Dedication

The authors wish to dedicate this work to all those who contributed to thecollection of technical information, improvement of equipment, developmentand validation of technological innovations in the processing plants. Inparticular, we dedicate this work to the cassava-starch producers and theowners of the local machine workshops where equipment was made, andwho all freely gave of their knowledge, abilities, and experience to the project.

Sobre los autores:About the authors:

Michel RivierIngenieur en Génie Mécanique et Automatique (Arts et Métiers de Toulouse), es investigador enCIRAD-AMIS, Programme agro-alimentaire, 73 rue Jean François Bréton, TA40/15,34398 Montpellier Cédex 5, France.

E-mail: [email protected]

Martín A. MorenoIng. Agrícola (Universidad del Valle), M.Sc. en Maquinaria Agrícola (Cornell University, E.U.) ycandidato a Doctorado en Ingeniería de Alimentos (Universidad Politécnica, Valencia, España),es investigador en la Universidad del Valle (UNIVALLE).Agric. Eng. (Universidad del Valle), M.Sc. in Agricultural Machinery (Cornell University) and candidate forDoctorate (Universidad Politécnica, Valencia, España). Currently a researcher at the Universidad del Valle,Cali, Colombia.

Apartado Aéreo 25360, Cali, Colombia.E-mail: [email protected]

Freddy AlarcónEs Tecnólogo Químico de Productos Vegetales y fue especialista en procesamiento de almidón deyuca en el proyecto Desarrollo de Agroempresas Rurales del CIAT. Actualmente trabaja enempresas productoras de almidón de yuca en América Central.Chemical Technologist in Plant Derived Products, former expert in cassava starch processing atCIAT’s Rural Agroenterprise Development Project. Currently working as consultant for cassavaproducing companies in Central America.


Ricardo RuizIng. Industrial (Universidad del Valle), es Asesor en el Area de Gestión Empresarial dela Corporación para Estudios Interdisciplinarios y Asesoría Técnica (CETEC), Cali, Colombia.Ind. Eng. (Universidad del Valle), Adviser in Managerial Action at the Corporation for InterdisciplinaryStudies and Technical Assistance (CETEC, in Spanish), in Cali, Colombia.


Dominique DufourDoctorat en Génie Enzymotique, Bioconversion et Microbiologie (Université de Compiègne,Francia) y es investigador en CIRAD-AMIS, Programme agro-alimentaire, 73 rue JeanFrançois Bréton, TA40/15, 34398 Montpellier Cédex 5, France. Anteriormente: CIAT,Projet Développement des agro-entreprises rurales, Cali, Colombia.


v

Página

Agradecimientos xi

Prefacio 3

Procesos y Equipos 5

Descripción General del Proceso 5

Descripción Funcional de una Rallandería 6

Pasos del proceso de extracción 6

Recepción de las raíces 6

Lavado de las raíces 6

Rallado de las raíces 7

Separación de la ‘lechada de almidón’ 7

Tamizado de la ‘lechada de almidón’ 8

Sedimentación 8

Fermentación 9

Secado 9

Aprovechamiento de la gravedad 9

Consumo de agua en la rallandería 9

Descripción Técnica de los Equipos de una Rallandería 10

Lavadora de raíces 10

Tolva para raíces 10

Arbol de transmisión 10

Cilindro de la lavadora 10

Compuerta de salida 10

Tanque de almacenamiento 10

Estructura civil 10

Suministro de agua 11

Rallo 11

Tolva 11

Chasis 11


Rotor 11

Carcaza 11

Estructura civil 11


Contenido

vi

Página

Coladora 12

Transmisión 12

Cilindro de extracción 12

Cuchara principal 13

Estructura civil 13

Carcaza 13


Tamiz plano 13

Transmisión general de potencia 14

Canales de sedimentación 14

Tanques de fermentación 15

Molino quebrador de almidón 15

Chasis principal 15


Chasis secundario 15

Rotor 15

Tolva de alimentación 16

Lámina perforada 16

Motor eléctrico 16

Area de secado 16

Tanques de escurrimiento y de almacenamiento de subproductos 16

Diseño y Fabricación de Máquinas y sus Componentes 16

Recomendaciones para fabricación 17

Lavadora 17

Rallo 17

Coladora 17

Poleas 18

Máquinas instaladas 18

Bibliografía 53

Glosario 57

Láminas (551 kb) 63

Planos 79Vista general (69 kb) 81Estructura civil (348 kb) 85Lavadora-Peladora (773 kb) 97Rallo (397 kb) 127Coladora (1037 kb) 151Tamiz (257 kb) 199Transmisión (295 kb) 215Molino (400 kb) 231

Almidón Agrio de Yuca en Colombia. Tomo 2...

vii

Table des Matières

Page

Remerciements xii

Avant Propos 21

Procédé et Équipements 23

Description Générale du Procédé 23

Description Fonctionnelle de l’Unité 25

Opérations du procédé 25

Réception des racines fraîches 25

Lavage-épluchage des racines 25

Râpage des racines 25

Extraction du “lait d’amidon” 25

Tamisage du “lait d’amidon” 25

Sédimentation 25

Fermentation 26

Séchage 26

Utilisation de la gravité 26

Consommation d’eau 26

Description Technique des Materiels et de l’Unité 26

Laveuse-éplucheuse de racines 26

Trémie d’admission 27

Arbre de transmission 27

Cylindre de lavage-épluchage 27

Trappe de sortie 27

Espace tampon de récupération 27

Génie civil 27

Alimentation en eau 27

Râpe 27

Goulotte d’admission 27

Châssis 27


Rotor 28

Carters 28

Génie civil 28


viii

Page

Extracteur de “lait d’amidon” 28

Transmission 28

Cylindre d’extraction 28

Goulotte 29

Génie civil 29

Carters 29


Tamiseur plan 29

Transmission générale de puissance 30

Canaux de sédimentation 30

Tanks de fermentation 30

Broyeur 31

Châssis principal 31


Châssis secondaire 31

Rotor 31

Trémie d’alimentation 31

Tôle perforée 31

Moteur électrique 31

Aire de séchage 31

Bacs d’égouttage et de stockage 31

Conception et Réalisation des Materiels 32

Recommandations pour la fabrication des machines 32

Laveuse-éplucheuse 32

Râpe 32

Extracteur de “lait d’amidon” 32

Poulies 33

Machines installées 33

Bibliographie 53

Glossaire 57

Planches (551 kb) 63

Plans 79Vue générale (69 kb) 81Génie civil (348 kb) 85Laveuse-Éplucheuse (773 kb) 97Râpe (397 kb) 127Extracteur (1037 kb) 151Tamiseur (257 kb) 199Transmission (295 kb) 215Emotteur (400 kb) 231

Amidon Aigre de Manioc en Colombie. Tome 2...

ix

Contents

Page

Acknowledgments xiii

Foreword 37

Process and Equipment 39

General Description of the Process 39

Functional Description of an Artisanal Starch-Extraction Plant 40

Steps in the extraction process 40

Reception of cassava roots 40

Root washing and peeling 40

Grating the roots 41

Separation of the “starch milk” 41

Screening the starch milk 42

Sedimentation 42

Fermentation 42

Drying 43

Using gravity 43

Water consumption 43

Technical Description of Equipment Used in an Artisanal Starch-Extraction Plant 43

Root-washing machine 43

Hopper 43

Transmission shaft 44

Drum 44

Exit hatch 44

Holding area 44

Supporting structure 44

Water supply 44

Grater 44

Hopper 44

Chassis 44


Rotor 45

Casing 45

Supporting framework 45

Water supply 45

x

Page

Drum separator 45


Separator drum 46

Feed and discharge hopper 46

Supporting structure 46

Casing 47

Water supply 47

Reciprocating screen 47

Power transmission 47

Sedimentation channels 48

Fermentation tanks 48

Pulverizing mill for wet starch 48

Principal chassis 48


Secondary chassis 48

Rotor 49

Feed hopper 49

Perforated metal screen 49

Electric motor 49

Drying area 49

Tanks for drainage and byproduct storage 49

Designing and Manufacturing Equipment and Components 49

Recommendations 50

Washing machine 50

Grater 50

Drum separator 50

Pulleys 51

Machine installation 51

Bibliography 53

Glossary 57

Plates (551 kb) 63

Plans 79General view (69 kb) 81Civil structure (348 kb) 85Washing and peeling machine (773 kb) 97Rasper (397 kb) 127Sifter (1037 kb) 151Sieve (257 kb) 199Transmission (295 kb) 215Crusher (400 kb) 231

Cassava Sour Starch in Colombia. Volume 2...

xi

Agradecimientos

Este libro no existiría sin la tenacidad de loscoordinadores del proyecto, principalmente delDr. Gérard Chuzel (su iniciador) y delDr. Dominique Dufour. Ambos soninvestigadores del CIRAD, asignados al CIAT, enColombia, durante 5 años para llevar a buentérmino la actividad aquí descrita, la cual hizoparte de un gran proyecto (ver el Prefacio)dedicado a la valorización de la yuca en AméricaLatina.

La sección de Utilización de Yuca delantiguo Programa de Yuca del CIAT y el ProyectoDesarrollo de Agroempresas Rurales, ambosdirigidos por el Dr. Rupert Best, contribuyerontambién enormemente a la buena ejecución denuestro trabajo. Asimismo, la infraestructuradel CIAT estuvo siempre a disposición denuestros investigadores. Ricardo Ruiz, de laONG CETEC, enriqueció el proyecto tecnológicoaquí presentado con su extenso conocimientodel Cauca, y lo acompañó durante los 10 añosde su duración propiciando una estrechacolaboración con los productores y procesadoresde yuca de esa región.

Los numerosos trabajos de estudiantes queaparecen en la lista bibliográfica indican la

importancia que dio al proyecto el sectoruniversitario, principalmente la Universidad delValle (Prof. Adolfo León Gómez, Prof. Martín A.Moreno) y la Corporación UniversitariaAutónoma de Occidente (Prof. HebertJaramillo), ambas de Cali. La participaciónactiva de los estudiantes de ingeniería en eldesarrollo de las iniciativas tecnológicas denuestro trabajo, como parte de sus proyectos degrado, destaca la importancia de una estrategiaque integra la educación, la investigación y eldesarrollo para lograr la transferencia y laadopción de la tecnología en las microempresasdel mundo en desarrollo. Estas empresas estánaquí representadas por los pequeñosproductores de almidón agrio de yuca deColombia.

En el laboratorio de Diseño de Equipos, delPrograma Agroalimentario del CIRAD, enMontpellier, Francia, Michel Rivier y JacquesBrouat obtuvieron una representacióncomputarizada de los planos de los diversosequipos que funcionan en las unidadesprocesadoras de Colombia.

xii

Ce second volume n’existerait pas sans laténacité des coordinateurs du projet enparticulier: Gérard Chuzel (initiateur du projet)et Dominique Dufour. Ces deux chercheurs duCIRAD ont été affectés l’un et l’autre pour 5 ansen Colombie au CIAT pour mener à bien cetteactivité, faisait partie d’un vaste projetconcernant la valorisation du manioc enAmérique Latine.

L’ancienne “Section Utilisation” duProgramme Manioc du CIAT, puis le “Projet deDéveloppement des Agro-entreprises Rurales”,tous deux dirigés par Rupert Best ontgrandement contribué au bon déroulement denotre travail. L’infrastructure du CIAT atoujours été à la disposition des chercheurs.Ricardo Ruiz de l’ONG CETEC a su faire profiterde sa grande connaissance du Cauca et aaccompagné ce projet technologique pendantles 10 ans de travaux, en étroite relation avecles producteurs et transformateurs de maniocde cette région.

Remerciements

Les nombreux travaux d’étudiants, quisont donnés dans la liste bibliographique,montrent l’implication du secteur universitaire,principalement l’Université del Valle (Prof AdolfoLeón Gómez, Prof Martín A. Moreno) etl’Université Autonome d’Occident (Prof HebertJaramillo) à Cali. Dans le cadre de leurmémoire de fin d’ingéniorat, la participationactive des étudiants dans le développementtechnologique a pu montrer tout l’intérêt decoupler formation, recherche et développementdans l’objectif d’un transfert et d’une adoptionde technologies par des micro ou petitesentreprises en Pays du Sud, représentées icipar les producteurs d’amidon aigre deColombie.

Le laboratoire “Conception d’équipements”du programme agroalimentaire du CIRAD àMontpellier, France (Michel Rivier et JacquesBrouat) a assuré le relevé des plans des diverséquipements en Colombie et leur saisie sousforme informatisée.


xiii

This second volume would not have existed butfor the perseverance of the project’scoordinators, namely, Gérard Chuzel (itsinitiator) and Dominique Dufour. Both areCIRAD researchers who were assigned to CIAT,Colombia, for 5 years to complete the projectdescribed, itself part of a larger project on thestatus of cassava in Latin America.

The former Utilization Section of CIAT’sCassava Program and subsequently the RuralAgroenterprise Development Project, both led byRupert Best, contributed significantly to thesuccessful execution of our work. CIAT’sinfrastructure was always at our researchers’disposal. Over its 10-year duration, the projectwas able to benefit from Ricardo Ruiz’s (of theNGO CETEC) extensive knowledge of Cauca. Healso facilitated close collaboration with cassavafarmers and processors of that region.

As indicated by the bibliography,engineering students of the Universidad del

Acknowledgments

Valle (led by Professors Adolfo León Gómez andMartín A. Moreno) and the CorporaciónUniversitaria Autónoma de Occidente (led byProfessor Hebert Jaramillo), both located in Cali,actively participated in technology development.Their research, carried out as part of their degreeprojects, illustrates the value of a strategy thatintegrates education, research, and developmentto transfer and promote the adoption oftechnologies that benefit a developing country’sagroenterprises, as represented here by theartisanal cassava sour-starch processors ofColombia.

We acknowledge Michel Rivier and JacquesBrouat, both of the Creative Design of EquipmentUnit of CIRAD’s Food and Agriculture Program,Montpellier, France, who undertook the finaldesign of the plans of equipment that function inColombian processing plants.

Almidón Almidón Almidón Almidón Almidón AgAgAgAgAgrio de rio de rio de rio de rio de YYYYYuca en Colombiauca en Colombiauca en Colombiauca en Colombiauca en Colombia

Tomo 2

Planta procesadora: Descripción yplanos de los equipos

3

Prefacio

La producción de almidón es una opcióntradicional que valoriza la yuca (Manihotesculenta Crantz) en América Latina,particularmente en Brasil, Colombia, Ecuador yParaguay. Esta actividad se realiza enpequeñas unidades artesanales que procesanentre 125 y 625 kg de raíces frescas por hora, yel almidón obtenido se utiliza principalmente enla preparación de alimentos tradicionales. EnBrasil, además de las pequeñas unidades queproducen básicamente almidón agrio de yuca,hay una considerable producción de almidóndulce a escala industrial, en fábricas cuyacapacidad de procesamiento está entre 50 y500 toneladas de raíces frescas por día.

La extracción de almidón de yuca apequeña escala tiene un gran impacto social yeconómico en las zonas rurales porque permitevalorizar la producción de yuca de losagricultores locales; crea, en efecto, un valoragregado a esa producción, y estabiliza la ofertay la demanda de mano de obra en una localidado zona.

El norte del Cauca, en Colombia, ilustrabien la situación de esta agroindustria. Hay enesa región cerca de 200 empresas artesanalesque producen, aproximadamente, 12,000toneladas de almidón agrio de yuca por añopara el mercado nacional. El procedimiento deextracción de almidón por vía húmeda queaplican estas empresas es similar en todas. Lamecanización de todo el proceso de extracciónse inició en la década del 60 y se extendióprogresivamente para responder a unademanda creciente de productos tradicionales abase de yuca en los mercados urbanos. Losequipos de extracción evolucionaron muy pocodesde entonces, salvo algunas mejorasintroducidas por los mismos usuarios o por losfabricantes locales de maquinaria.

Diversos estudios socioeconómicosrealizados entre 1988 y 1989 hicieron ver lanecesidad de hacer investigación para mejorarlas variedades de yuca y de hacer transferenciade tecnología, con el propósito de impulsar eltrabajo de transformación de la yuca en laregión considerada. Se estudiaron diferenteslíneas de investigación y se les dio la siguiente

prioridad en relación con las accionesplaneadas:

- Aumentar el rendimiento de lasmáquinas.

- Mejorar la calidad del almidón.

- Controlar las etapas de fermentación ysecado.

- Optimizar la distribución de lasdiferentes operaciones unitarias en laplanta productora.

- Reducir el consumo de agua en laplanta y el derrame de efluentes en lascorrientes de agua.

- Mejorar la seguridad y el bienestar delos operarios en el trabajo.

- Valorizar los subproductos y dar buenuso a los efluentes.

En 1988, el CIRAD y el CIAT iniciaron elproyecto denominado Producción y Utilización deAlmidón de Yuca en América Latina, que seinscribe dentro del contexto mencionado.Durante su desarrollo se promovió lacooperación con otras instituciones, con elpropósito de aprovechar la capacidad localcomplementaria y, al mismo tiempo,beneficiarse con las múltiples experienciasadquiridas en este campo en algunos paíseslatinoamericanos. Se vincularon, por tanto, alproyecto la Universidad del Valle, laCorporación Universitaria Autónoma deOccidente de Cali, CETEC y COAPRACAUCA, enColombia; EPN, FACE, FUNDAGRO y UATAPPY,en Ecuador; y CERAT-UNESP, en Brasil.

El trabajo se desarrolló en estrechacolaboración con los actores de la cadena deproducción y se centró principalmente enalgunas de las acciones antes mencionadas:

- optimización de los equipos existentes;

- desarrollo de nuevas técnicas;

- ergonomía y distribución de lasmáquinas en el interior de las unidadesde producción; y

4

- aprovechamiento de la gravedad paraoptimizar los flujos de agua y demateria prima.

El factor ‘costo del equipo o del proceso’fue siempre una limitante que se considerócontinuamente durante todo el proyecto. Elproyecto arrojó dos grandes avancestecnológicos que merecen ser resaltados:

- la utilización de canales desedimentación;

- la distribución de los equiposaprovechando la inclinación del terreno.

Para el primero se obtuvo información en30 unidades artesanales y para el segundo en15, mediante una encuesta realizada en 1995.

El proyecto realizó también variasactividades de información:

• Con la intención de informar a losproductores de la región de Cauca, enColombia, sobre los resultados de lostrabajos de investigación en queparticiparon esos productores, seorganizaron diversas reuniones deretroalimentación de la información recibidapor ellos durante todo el proyecto.

• En diciembre de 1995 se publicó una obrade divulgación dirigida a los productores dealmidón.

• La demanda de tecnología de producciónde almidón agrio de yuca que se manifestóluego en varios países de América Latina yde otros continentes motivó al CIAT y alCIRAD, de común acuerdo con los demásintegrantes del proyecto, a publicar unaobra en dos tomos, con la cual cumplían sumisión de difusión de información y detransferencia de tecnología.

El primer tomo (Almidón Agrio de Yuca enColombia. Tomo 1: Producción y

Recomendaciones) describe el contextotecnológico y económico en que se obtiene dichoalmidón en Cauca, Colombia, principalmente.El segundo tomo, que aquí se presenta,responde a las expectativas tecnológicas de losinversionistas y de los fabricantes de equipos.En él se describe una unidad modelo deproducción, cuya capacidad máxima es de625 kg de raíces frescas por hora, en susprincipales aspectos: ingeniería civil, diagramade flujo, distribución en la planta,acondicionamiento de equipos, potencia de losmotores, características de los materiales,tratamiento de los efluentes y otros. El diseñogeneral de esta unidad incorpora los adelantosmás recientes del proceso de extracción, que seinstalaron en una unidad piloto construida enSiberia (Cauca, Colombia) con el apoyo técnicoy financiero de CETEC, una ONG del sectoragroindustrial. En este tomo se entregan,además, los planos detallados de los equiposque se instalan en la unidad.

Los autores esperan que este segundotomo de la obra contribuirá aún más, gracias asu carácter técnico, a la difusión de losresultados obtenidos en 10 años de trabajo,labor que se realizó en estrecha cooperacióntanto con los empresarios que producíanalmidón de yuca en el Cauca como coninstituciones de educación, de investigación yde apoyo al desarrollo. La labor detransferencia de tecnología que se publica en laobra fue realizada por el CIRAD y el CIAT (enParaguay, Ecuador, Honduras, Nicaragua,Perú, Costa de Marfil, Benin, Guyana Francesay Guadalupe) y por UNIVALLE y CETEC (enColombia), y el éxito obtenido la convierte en unelemento esencial de la misma obra.

Se dispone, además, en esta obra, de unjuego completo de planos para el montaje de unmodelo óptimo de unidad procesadora dealmidón de yuca. Este modelo contiene, portanto, toda la experiencia adquirida enColombia por el Proyecto de Evaluación de laYuca desarrollado por el CIRAD.


Gérard Chuzel Rupert Best Dany GriffonCIRAD CIAT CIRAD

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Descripción General del Proceso

El proceso de obtención del almidón agrio deyuca consiste en una serie de operaciones que,por vía húmeda, logra la extracción del almidónque contienen las raíces de la yuca (Figura 1).Este almidón se somete luego a unafermentación anaeróbica y, posteriormente, aun secado con luz solar. Las operaciones del

proceso, en la secuencia en que éste sedesarrolla, son las siguientes:

- Lavado y pelado de raíces

- Rallado de raíces

- Extracción de la ‘lechada de almidón’

- Tamizado de la ‘lechada de almidón’

- Sedimentación de los gránulos dealmidón

Lavado y pelado(descascarillado)

Raíces

Rallado

Extracción

Tamizado

Sedimentación

Fermentación

Secado al sol

Almidón agrio

Agua Agua residual

Cascarilla

Afrecho húmedo(fibra)

Residuos(fibra fina)

Agua sobrenadante

Sedimentación

Subproducto húmedo

Secadoal sol

Afrecho seco

Agua residual

Secadoal sol

Lechada de almidón Escurrimiento

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de extracción de almidón de yuca.

Agua

Agua

Agua

Descripción General del Proceso

Procesos y Equipos

Mancha(fracciónproteica)

6

Agua residual

5

6

7

1

2

4

Agua

Agua

Figura 2. Representación esquemática de una instalación que aprovecha la gravedad para desarrollar el proceso deextracción de almidón de yuca. 1 = Recepción de raíces, 2 = Lavadora, 3 = Rallo, 4 = Tamiz extractor dealmidón, 5 = Canales de sedimentación, 6 = Tanques de fermentación, 7 = Area de secado.

Raícesfrescas

Cascarilla

Fibra

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- Fermentación del almidón

- Secado del almidón con luz solar

- Tamizado y empaque del almidón agrio

La Figura 2 es un diagramaesquemático de la instalación en que se lleva acabo este proceso. En la Figura 3 se presentaun plano descriptivo de dicha instalación.

Descripción Funcional deuna Rallandería

Ver Lámina 1 (pág. 65)

Pasos del proceso de extracción

Recepción de las raíces

Las raíces llegan a las unidades deproducción denominadas rallanderías, en sacosde 80 a 90 kg, aproximadamente. Estos sacosse organizan en un área cubierta, con piso deconcreto que está localizada cerca de lalavadora de raíces para que la operación de

carga de esta máquina cause mínima fatiga alos operarios.

Lavado de las raíces

El operario vacía los sacos que contienenlas raíces en la tolva de la lavadora; esta tolvase encuentra en uno de los costados del tamboro cilindro giratorio de la máquina. Las raíces seasperjan con agua dentro del tambor pararetirar de ellas la tierra y las impurezas quetraen y para facilitar la evacuación de esosresiduos. La cascarilla o piel delgada de colorcafé, adherida a las raíces, se separa gracias ala fricción de unas raíces con otras y contra lapared interna del cilindro que gira. Lacascarilla pasa por los orificios del cilindro y esevacuada junto con las impurezas.

Cuando el operario considera que lasraíces están limpias y sin cascarilla, abre lacompuerta de retención ubicada en el costadodel tambor opuesto a aquél en que está la tolva.Las raíces caen así a un tanque dealmacenamiento cuyo fondo tiene una rejilla;este tanque conduce a la tolva del rallo.


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Descripcion Funcional de una Rallandería

Lavado y pelado

Rallado

Extracción

Tamizado

Recepción de raíces

Canales desedimentación

Tanques defermentación

Zona de secado

Molino ‘quebrador’

Figura 3. Diseño de la planta física de una instalación en que se extrae almidón de yuca.

El agua de lavado que contiene lasimpurezas y la cascarilla se recoge en unaestructura de mampostería y se conduce portubería hacia un área de filtración, donde serecupera la cascarilla. Esta se almacena enmontones al aire libre para que se descompongay sirva luego como fertilizante en los cultivos decafé, yuca y plátano, principalmente.

Rallado de las raíces

El operario empuja las raíces desde eltanque de almacenamiento ya mencionadohasta la tolva de carga del rallo; por su formade canaleta, la tolva favorece el movimiento delas raíces entre las dos máquinas. El contactodirecto de las raíces contra la superficie rugosay cortante del tambor del rallo en rotacióncausa la desintegración necesaria de las célulasdel tejido amiláceo de la raíz para que éstasliberen los gránulos de almidón.

Durante el rallado se hace aspersión conagua de la superficie interna del tambor paralavar permanentemente los elementos cortantesy para conformar una masa acuosa de fáciltransferencia hacia la coladora. Un tanquesituado debajo del rallo recibe la masa ralladahasta que ésta pasa a la coladora. Este tanque

está situado en un nivel superior de la coladora,lo que permite cargar directamente la masarallada por gravedad, facilitando así el proceso.

Separación de la ‘lechada de almidón’

En esta operación se separan los granos dealmidón de la masa rallada (pulpa) mediante unprofuso lavado de la pulpa con agua. Eloperario libera la pulpa que se encuentra en eltanque de almacenamiento y la dirige hacia lacanaleta pivotante (o cuchara principal de lacoladora) que en la posición de carga permite elflujo de la pulpa hacia el cilindro rotatorio de lacoladora. Por medio de una tubería perforada amanera de flauta, se introduce suficiente agua,de manera uniforme y radial, en el interior deltambor; se logra así un buen lavado de la pulpay, por tanto, una adecuada recuperación delalmidón disuelto en la lechada.

La coladora procesa ‘lotes’ de pulpa. La‘lechada de almidón’ pasa a través de un lienzocolocado en el interior del tambor y, a medidaque transcurre el tiempo de colado, sale cadavez más diluida hasta perder por completo sucolor; en este momento, el operario interrumpeel colado. Enseguida cambia la dirección de lacuchara principal y la coloca en posición de

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evacuación; los residuos o el afrecho caenentonces en un tanque en forma de embudo dedonde son conducidos, por tubería enterrada, aun tanque de escurrimiento.

Después de escurrir varios días, estosresiduos se extienden, cuando el tiempo lopermite, en patios (sin pavimentar,generalmente) para que se sequen al sol. Elafrecho seco se utiliza como componente enraciones para animales.

Tamizado de la ‘lechada de almidón’

La ‘lechada de almidón’ sale de la coladoray fluye hacia un tamiz plano ligeramenteinclinado, que ejecuta un movimiento de vaivén.La lechada pasa por los orificios del tamiz, perolas fibras finas —que lograron pasar por lamalla de la coladora— son retenidas en él.

Estas fibras se denominan ‘afrechillo’. Elvaivén de la operación desplaza el afrechillohacia un extremo del tamiz, donde es recogidoen un conducto que lo lleva al tanque dealmacenamiento del afrecho.

Sedimentación

La ‘lechada de almidón’ pasa el tamizplano de vaivén y es conducida mediantetuberías hacia un laberinto de canales desedimentación. La sedimentación se basa en elprincipio de la precipitación selectiva de lasuspensión de almidón en movimiento. En uncanal determinado, la velocidad del fluidoestablece el tiempo de retención y debe permitirsolamente la sedimentación de los granos dealmidón; los materiales más livianos (proteínas,fibras, impurezas, etc.) no se sedimentan ysalen con las aguas residuales. Porconsiguiente, para obtener un sedimento limpiode almidón y evitar al máximo las pérdidas dealmidón a la salida del canal se ajustan elcaudal de la suspensión (la lechada) y laprofundidad de la lámina de agua en el canal.

La sedimentación selectiva depende de ladensidad de las partículas de la suspensión.Por tanto, permite diferenciar también elalmidón según el tamaño de sus granos, a lolargo del canal.

Lámina de agua. Al comienzo del primerdía de trabajo, generalmente, se represa en loscanales una lámina de agua deaproximadamente 5 cm de profundidad. Para

lograrlo, se superponen tablillas en el extremodel último canal para formar una compuerta dealtura variable. Esta agua no tiene untratamiento adecuado que le permita retirarpartículas en suspensión; por tanto, esrecomendable añadirla en el último canal dellaberinto para que en éste se decanten lasimpurezas y no se contaminen las primerassecciones del laberinto, en las cuales sedeposita el almidón en mayor proporción. Amedida que crece la altura de la capa dealmidón sedimentado en el primer tramo delprimer canal del laberinto, se incrementaigualmente la altura de la compuerta añadiendomás tablillas. Se obtiene así mayor tiempo deretención de la lechada y mejor recuperación delos sólidos suspendidos en ella.

Mancha. Sobre la capa de almidónsedimentado, principalmente en los últimostramos del laberinto, alcanzan a decantarsepartículas del subproducto conocido como‘mancha’ la cual, por su menor densidad,sedimenta más lentamente. La mancha es ricaen proteína y tiene un color crema amarillento.Nunca forma una pasta compacta y, por talrazón, se elimina fácilmente de la superficie delalmidón haciendo un lavado con aguasuficiente hasta que aparezca el característicocolor blanco intenso del almidón. El agua quesale al final del último canal y que contiene lamancha se lleva a un tanque de sedimentacióndonde ésta se recupera parcialmente, según lacapacidad del tanque. La mancha se escurreluego y se seca al sol para usarla en laalimentación animal.

La operación de sedimentación se realizaen forma continua y durante varios días hastacuando se llenen los canales (o cuando seanecesario separar diferentes lotes de yuca) yentonces se retira el almidón. Mientras no estéandando el proceso de extracción, durante lajornada, es conveniente que un poco de agualimpia entre en los canales y evite que lamancha del sobrenadante se deposite sobre elalmidón. Al principio del día siguiente se debe‘desmanchar’, o sea, retirar la manchadepositada en la superficie de la masacompacta de almidón; se evita así que elalmidón de la nueva lechada sedimente sobre lamancha de la jornada anterior.

El almidón se retira del fondo del canal enforma de bloques que se cortan fácilmente conayuda de palas metálicas o plásticas. Estos


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bloques se transportan en baldes hasta lostanques de fermentación.

Fermentación

El almidón se deposita en los tanques defermentación donde permanece durante15 días, por lo menos. Algunos procesadoresde almidón de yuca tienen como normafermentarlo de 45 a 60 días para asegurarse deque adquiere dos propiedades: el poder deexpansión y el aroma, necesarias para laelaboración de productos tradicionales depanadería. El almidón puede permanecer enlos tanques de fermentación durante períodosde 3 a 4 meses sin que se deteriore su calidad.Esta permanencia larga suele ocurrir en épocasde lluvias en que se dificulta el secado.

Una capa de agua de 5 a 10 cm deberecubrir permanentemente la masa de almidón.Cuando se llenan los tanques se puede añadir,con el fin de acelerar la fermentación, aguaobtenida de tanques de fermentación usadosanteriormente o agua sobrenadante del tanquede sedimentación de la mancha, siempre quehaya transcurrido en éste el tiempo suficientepara que la mancha sedimente. Se recomiendatambién colocar en el fondo del tanque defermentación un bloque de almidón yafermentado tomado de otro tanque defermentación que contenga almidones devariedades de yuca de buena calidad.

Secado

El almidón forma una masa muy compactaen los tanques de fermentación. Su contenidode humedad es, aproximadamente, de 55% enbase húmeda. Utilizando palas metálicas, secortan bloques de la masa de almidón y setransportan a los patios de secado. Algunasplantas extractoras cuentan con un equipodenominado molino quebrador o desmenuzador,que sirve para desintegrar los bloques; así, alexponer al sol el almidón desmenuzado, su tasade secado es más uniforme. Cuando no hayequipo para quebrar el almidón, los operarios o‘patieros’ desintegran los bloquesdesmenuzándolos con las manos y mediante elpisoteo.

El almidón húmedo se seca, generalmente,en patios pavimentados, esparcido sobreláminas de plástico de color negro. La capa dealmidón extendida sobre el plástico puedevariar de 1 a 2.5 kg/m2, según la irradiación

solar del día. Esta capa debe ser removidafrecuentemente con un rastrillo para exponer elproducto uniformemente al sol y acelerar elsecado.

Cuando el almidón alcanza una humedadde 12% a 14%, en base húmeda, se empaca ensacos para comercializarlo.

Aprovechamiento de la gravedad

Es conveniente instalar los equipos y lasestructuras civiles de la rallandería a diferentenivel. El propósito es aprovechar la gravedaddurante las operaciones de carga y descarga delos equipos para disminuir considerablementela fatiga de los operarios y para incrementar lacapacidad de procesamiento de la planta.

Ver Lámina 1 (pág. 65) y

Planos GC-98-100A a GC-98-300B (págs. 87-95)

Consumo de agua en la rallandería

El alto consumo de agua en las rallanderías delCauca, en Colombia, se considera un problemaserio de la tecnología disponible hoy para laextracción de almidón de yuca. El procesoconsume, en promedio, de 15 a 20 m3 por cadatonelada de raíces procesadas. En el Cauca seutilizan de 60 a 90 litros de agua por kilogramode almidón y en Brasil, donde la tecnología esmejor, se consumen, en promedio, de 15 a25 litros por kilogramo de almidón.

Este problema tiende a agravarse por lassiguientes razones:

- escasez de agua en las épocas secas;

- disminución notable del recurso aguaen sus fuentes por la tala actual de losbosques;

- aumento de la capacidad deprocesamiento de las rallanderías (porlas mejoras de los últimos años) queprocesan actualmente mayor cantidadde raíces y consumen, por tanto, másagua que antes.

La contaminación generada por las aguasresiduales que llevan una carga alta de materiaorgánica crea otro problema al consumo delagua. Esas aguas se vierten en los ríos sinningún tratamiento. Se calcula que las

Descripcion Funcional de una Rallandería

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rallanderías del Cauca producen diariamenteuna carga contaminante de 2000 a 6000 mg deDQO1 por litro de efluente.

Descripción Técnica de los Equiposde una Rallandería

Lavadora de raíces


Planos LAV-98-100A a LAV-98-400C (págs. 99-126)

La máquina consta de una tolva de admisión deraíces, de un árbol de transmisión, de uncilindro o tambor ranurado, de una compuertapara retener las raíces, y de un tanque dealmacenamiento de raíces lavadas ubicadofrente al rallo. Una estructura civil soporta elequipo y canaliza las aguas residuales dellavado. Este equipo funciona por ‘lotes’ deraíces y su capacidad es, aproximadamente, de1000 kg de raíces por hora.

Tolva para raíces

Tiene una capacidad aproximada de100 kg de yuca. Está construida en lámina deacero de 1.5 mm de espesor y se fija por mediode pasadores y ángulos incrustados en losmuros de concreto de la estructura civil. Labase de la tolva debe diseñarse para quepermita el paso del árbol de transmisión de lalavadora.

Arbol de transmisión

El árbol o eje central, de 60 mm dediámetro, hace la transmisión del movimiento alcilindro. Está soportado por rodamientos ensus extremos, uno de los cuales está fijo sobreun muro de concreto y el otro se asienta sobreuna platina de hierro de 100 x 50 mmempotrada en el concreto. Una polea plana sefija al árbol mediante un tornillo prisionero.

Cilindro de la lavadora

El recipiente cilíndrico o tambor de lalavadora tiene un diámetro de 700 mm y unalongitud de 1600 mm. Está hecho de unalámina de 5 mm de espesor que ha sidoenrollada para formar el cilindro y que seperfora con orificios rectangulares de

120 x 12 mm; se hacen en total 14 líneas de6 ó 7 orificios cada una.

Su velocidad de giro es de 40 revolucionespor minuto (r.p.m.). El cilindro se une al ejecentral en sus extremos mediante soportescirculares o rines, que constan de un buje fijo alárbol con tornillos prisioneros, de unas platinasde hierro que hacen de radios de los rines, y deun aro metálico que se suelda al cilindro. Lasplatinas de los radios están inclinadas parafavorecer la introducción de las raíces.

En la superficie interior del cilindro se hansoldado cuatro varillas de hierro de 12 mm dediámetro que forman una hélice; ésta induce unmovimiento axial que facilita la carga, laagitación y el vaciado de las raíces.

Compuerta de salida

Es un semicírculo hecho de lámina de2 mm de espesor y montado en bisagras sobreuna platina de hierro de 100 x 50 mm fija a laestructura. Está ubicada en el extremo delcilindro por donde son evacuadas las raíces ymantiene las raíces dentro de la lavadoradurante la operación de lavado. Un mecanismode barras permite abrirla o cerrarlabloqueándola en la posición de trabajo.

Tanque de almacenamiento

Las raíces lavadas, y ya sin cascarilla, sonvaciadas en un tanque en cuyo fondo seencuentra una rejilla hecha de varillas de hierrorectangulares de 10 x 10 mm. Este tanquepermite escurrir las raíces, controlarvisualmente la calidad del lavado, separar laspiedras y otros objetos pequeños, y almacenartemporalmente las raíces antes de su paso porel rallo. La rejilla puede retirarse para facilitarla limpieza del tanque.

Estructura civil

Cumple las funciones de soportar lalavadora y permitir la evacuación del agua dellavado de las raíces con las impurezas. Conmuros se separa el espacio por donde se retirael agua de lavado para que no salpique el áreade almacenamiento temporal de raíces lavadas.El foso de evacuación tiene forma de pirámideinvertida y su pendiente es muy pronunciada;así se logra que la cascarilla y las impurezassean evacuadas adecuadamente sin necesidadde añadir más agua.1. DQO = demanda química de oxígeno.


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Suministro de agua

Se hace con tubos situados a la entrada ya la salida del cilindro, cerca de su tangentesuperior. El caudal varía de 2 a 2.5 litros deagua por cada kilogramo de raíces frescas deyuca.

Especificaciones de la lavadora de raíces

• Capacidad (de raíces frescas):1000 kg/h

• Dimensiones del cilindro: - longitud: 1600 mm

- diámetro: 700 mm

• Velocidad de rotación del

cilindro: 40 r.p.m.

• Caudal de agua necesario: 2 a 2.5 lt/kg de raíces

Rallo


Planos RAP-98-100A a RAP-98-400B (págs. 129-149)

El rallo está soportado por una estructura civil.La máquina consta de una tolva, un chasismetálico, un árbol de transmisión y un rotor.El rallo puede funcionar en forma continua.Tiene una capacidad máxima de 1700 kg deraíces frescas por hora; en general, la capacidaddepende del desgaste de la lámina abrasiva delrotor.

Tolva

Tiene forma de canaleta para facilitar laadmisión de raíces lavadas. Reposa sobre laestructura civil de la lavadora y está fija,mediante tornillos, al chasis del rallo. Estáhecha de lámina de 2 mm de espesor.

Chasis

Consta de dos marcos hechos con ángulosde 50 x 50 mm, empotrados en el concretofrente a los costados del rotor; estos marcossoportan los rodamientos del eje del rotor y unacaja rectangular hecha con lámina de 4 mm deespesor que mantiene las raíces en posicióndurante el rallado. Una tapa pivotante sobrebisagras, colocada en la parte superior de lacaja, permite la revisión del tambor, impide quela pulpa sea proyectada al exterior, y evita elcontacto involuntario de las manos del operariocon el elemento cortante del rotor.

En la pared frontal interna de la caja sefija una tabla de madera de 40 mm de espesorque casi toca el rotor, para impedir el paso detrozos de yuca o cáscaras sin desintegrar. Latabla se fija con tornillos, pero es posibleajustarla cuando en la masa rallada aparezcanelementos gruesos.

En algunos rallos se instala una criba conperforaciones circulares de 5 mm de diámetro,semejante a las cribas de los molinos demartillo. El tambor del rallo fuerza la pulpa apasar por los orificios de la criba y se obtieneasí un producto de una granulometría más finay uniforme que da resultados excelentes, esdecir, permite extraer mayor cantidad dealmidón.


El árbol de transmisión está soportado porrodamientos. Tiene un diámetro de 40 mm yun extremo en voladizo donde se fija una poleaplana, la cual recibe el movimiento generadopor la fuente motriz.

Rotor

La estructura cilíndrica del rotor consta dedos aros metálicos sobre los que se fijan contornillos unas piezas de madera de formatrapezoidal; se construye así un tambor huecode 280 mm de diámetro y de 400 mm de largo.Sobre este cilindro se enrolla primero y luego sefija una lámina de acero galvanizado de 0.8 mmde espesor.

Esta lámina se corta, en un principio, a lamedida del tambor y se le hacen múltiplesperforaciones con un clavo hasta convertirla enuna superficie áspera. El rotor se fija mediantetornillos prisioneros al árbol de transmisión. Elconjunto gira a una velocidad de 1800 r.p.m.

Carcaza

Es la estructura o caja que contiene elrallo. Está conformada por piezas de madera ode lámina colocadas en los costados del rallopara evitar que la pulpa se derrame impulsadapor el rotor.

Estructura civil

El rotor está soportado por rodamientosanclados en dos de los muros que forman eltanque de almacenamiento de la pulpa. Lacapacidad de este tanque es, al menos, igual al

Descripcion Técnica de los Equipos de una Rallandería

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‘lote’ de pulpa con que se cargan las coladoras.Un tubo de PVC pivotante permite al operarioenviar este lote a cada una de las coladorasdisponibles.

Suministro de agua

El agua circula por un tubo perforado dePVC situado en la parte superior del rotor y caeen forma de ducha. El caudal empleado es,aproximadamente, de 1 litro de agua porkilogramo de raíces frescas.

Especificaciones del rallo

• Capacidad (de raíces frescas): 1700 kg/h

• Dimensiones del rotor: - longitud: 400 mm

- diámetro: 280 mm

• Velocidad de rotación

del rotor: 1800 r.p.m.

• Caudal de agua necesario: 0.8 a 1 lt/kg de raíces

Coladora


Planos EXT-98-100A a EXT-98-700C (págs. 153-198)

La coladora se instala en una estructura deconcreto que soporta directamente el conjuntode la transmisión de la máquina. La coladoraestá compuesta por un cilindro de extracción,un sistema de alimentación, la carcaza, y unreceptáculo pivotante o cuchara principal queen una posición extrema de su recorridofunciona como canaleta de carga y en laposición del extremo opuesto como canaleta devaciado. La coladora funciona por lotes y sucapacidad es de 275 kg de raíces frescas porhora. Esta capacidad es baja, comparada conla de la lavadora y la del rallo; por ello, en lasrallanderías de mayor capacidad se instalandos coladoras en paralelo.

Transmisión

A un chasis de ángulos empotrado en elconcreto se le fija, con tornillos, una ‘caja derodamientos’ construida localmente conrodamientos cónicos ya usados que provienen,generalmente, de la transmisión de algúnvehículo de carga. La ‘caja’ soporta en voladizoel resto del equipo por medio de un árbol detransmisión de 50 mm. El árbol termina en un

disco circular que actúa como refuerzo del eje enel extremo donde éste se une al cilindro deextracción de la coladora. En el otro extremo deleje se fija una polea plana mediante tornillosprisioneros; esta polea recibe el movimiento de lafuente motriz.

Cilindro de extracción

El cilindro o tambor de la coladora tiene undiámetro exterior de 980 mm y una longitud de870 mm. Su velocidad de rotación es de25 r.p.m. Consta de los siguientes elementos:

• Un conjunto de tres láminas circulares,cada una de diámetro diferente, se atornillaal refuerzo circular del árbol de transmisión.El espesor de estas láminas debe sersuficiente (entre 6 y 8 mm) para que elconjunto tenga la rigidez adecuada ytambién para fijar en ellas con firmeza loselementos interiores del cilindro. Un aro dehierro se suelda sobre la lámina de mayordiámetro (alrededor de su perímetro circular)para que mantenga en posición la láminaperforada de aluminio y la tela del tamiz.

• Un disco de lámina conforma la pared delcilindro de extracción por el lado de admisiónde la pulpa. Su espesor (2 mm) es limitadopara reducir el peso del conjunto sobre elvoladizo, pero es suficiente para poder fijarcon firmeza los elementos interiores delcilindro. Debe llevar un orificio circularcentrado para la admisión y el vaciado de lapulpa. Como se hizo en la pared circulardel otro extremo del cilindro, en ésta tambiénse suelda un aro de hierro sobre el perímetrode la lámina circular para mantener enposición, por este lado, la lámina perforadade aluminio y la tela del tamiz.

• En el interior del cilindro hay seis varillas dehierro de 14 y 20 mm de diámetro quesostienen en posición los dos extremoscirculares del cilindro. En el interior delcilindro se colocan seis ángulos de30 x 30 mm que, como las seis barras,sostienen en posición los costados delcilindro y sirven para que se fijen en ellos,mediante tornillos, seis juegos de paletassimétricas o ‘cucharas’ hechas con láminade 1.5 mm de espesor. Estas cucharas estánsituadas en tal forma que toman del fondodel cilindro la mezcla de pulpa y agua, laelevan hasta cierto punto y la dejan caer enforma de cascada; así se favorecen las


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operaciones de mezcla, agitación y lavado.Las cucharas sirven también para cargar lacuchara oscilante con el residuo del lavadocuando ésta se encuentra en la posición devaciado al final de la operación.

• Un elemento de madera, de sección100 x 20 mm, se coloca entre los doscostados del cilindro, junto a uno de losseis ángulos que soportan las cucharas. Elelemento esencial de la coladora es unatela, conocida como nylon o muselina, deaproximadamente 100 mesh y que sefabrica para diversos usos domésticos eindustriales; esta tela filtra la ‘lechada dealmidón’. La tela se instala en el exteriordel cilindro, se apoya en los aros metálicosy se fija por sus extremos, mediante clavos,en el elemento de madera. La tela cedecuando se humedece; por tanto, serecomienda humedecerla previamente paraque permanezca tensa durante el colado.Algunos procesadores prefieren usar telasde algodón o lienzos porque retienen mejorlas fibras; estas telas se deterioran porquese resecan o se pudren cuando la planta noprocesa diariamente. Es posible tambiéncolocar telas metálicas, aunque su altocosto y la dificultad de conseguirlas son uninconveniente serio.

• Una lámina de aluminio de 1 mm deespesor, que presenta perforaciones enforma de ‘gotas de agua’, se coloca sobre latela del tamiz para servir a éste de soporte.El borde afilado de las perforaciones secoloca hacia el exterior para evitar cortar latela. En cada uno de los extremos de lalámina se fija un ángulo y, al colocar lalámina sobre el tambor, los dos ángulosdeben quedar encima del elemento demadera; en esa posición se unen por mediode tornillos y así mantienen fija la lámina yla tela del tamiz.

Cuchara principal

La cuchara con que se carga y descarga lacoladora está hecha de lámina de 2 mm deespesor. El movimiento de oscilación requeridose logra con un par de platinas de hierrosoldadas a la cuchara que se unen, medianteuna articulación de pasador, a un marcometálico empotrado en el concreto. Las dosposiciones, ‘admisión de la pulpa’ y ‘vaciado dela pulpa’, se obtienen con una palancaarticulada que se encuentra en el marco

metálico y que se fija, según la posicióndeseada, en ranuras hechas en el exterior de labase de la cuchara.

Estructura civil

Consta de un tanque de 10 cm deprofundidad ubicado debajo de la coladora pararecoger la lechada que sale, por un tubo dePVC, hacia el sistema de recolado o tamizplano. Un tanque de sección cuadrada sirvepara recibir el afrecho entregado por la cucharade vaciado; del fondo de éste sale un tubo dePVC que conduce el afrecho a un tanque deescurrimiento.

Carcaza

Se compone de dos láminas en posiciónvertical de 1.5 mm de espesor que prolonganlas paredes verticales del tanque de recepciónde la lechada y recuperan la que lanza por losorificios el tambor de la coladora; con esta cajacontenedora se reducen las pérdidas dealmidón.

Suministro de agua

Una tubería perforada, que penetra a lolargo del cilindro y se fija en el mismo marco desoporte de la cuchara principal, alimenta elcilindro con agua. El consumo es,aproximadamente, de 6.5 litros de agua porkilogramo de raíces frescas.

Especificaciones de la coladora

• Capacidad (de raíces frescas): 275 kg/h

• Dimensiones del cilindro: - longitud: 870 mm

- diámetro: 980 mm

• Velocidad de rotación del

cilindro: 25 r.p.m.

• Caudal de agua necesario: 6.5 lt/kg de raíces

Tamiz plano


Planos TAM-98-100A a TAM-98-300B (págs. 201-214)

Para filtrar la ‘lechada de almidón’ y eliminarlas fibras más pequeñas se utiliza, en lamayoría de las rallanderías, un tamiz plano quetiene movimiento de vaivén. Debajo de él hayun tanque que recibe la lechada tamizada; su


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estructura es de concreto y está recubierto concerámica. El tanque tiene, aproximadamente,300 mm de altura y sobre sus muros se fijandos marcos hechos con ángulo de 35 x 35 mm,en forma de U invertida. Sobre estos marcos sefijan verticalmente cuatro segmentos de correaplana que sostienen un chasis en un ánguloligeramente inclinado; sobre este chasisdescansa el tamiz de 1200 mm de largo por600 mm de ancho.

El movimiento de vaivén del chasis se logramediante una biela accionada por unaexcéntrica, la cual se fabrica con un rodamientode bolas ya usado. Un árbol de transmisión de25 mm de diámetro con una velocidad de girode 200 r.p.m. transmite el movimiento al tamizmediante una polea plana que se fija al árbolcon un tornillo prisionero. El desplazamientohorizontal del chasis es, aproximadamente, de40 mm. La ‘lechada de almidón’ se recupera delfondo del tanque con una tubería de PVC que ladirige hacia los canales de sedimentación.

Transmisión general de potencia


Planos TRANS-98-100A a TRANS-98-304 (págs. 217-230)

Las rallanderías del Cauca están ubicadas enzonas rurales productoras de yuca. El sistemade distribución de electricidad es allí de buenacalidad y la energía llega incluso a regionesapartadas. Sin embargo, los fenómenosclimáticos (tormentas eléctricas, vendavales)afectan con frecuencia ese sistema.

Para solucionar el problema de los cortesde fluido eléctrico, los procesadores instalan enlas rallanderías, como fuente de potencia, unmotor eléctrico y un motor de combustión quese usará cuando haya cortes de energíaeléctrica. En estos casos, transfierenmanualmente la correa de transmisión delmotor eléctrico al motor de combustión. Lapotencia del motor eléctrico es de 5.5 kW(7.5 HP). El motor auxiliar de gasolina debetener, por lo menos, 16 HP.

Los ejes de los motores y todos los árbolesde transmisión mueven poleas planas. Elmovimiento se transmite por correas planas decaucho de gran duración que se adquieren enlos mercados locales. El motor transmite elmovimiento al árbol principal de transmisión

que es paralelo al eje de todos los equipos; deéste se toma la potencia para todas lasmáquinas siguiendo el mismo principio, esdecir, mediante ejes y poleas intermedias. Lalavadora requiere de un contraeje adicionalporque su velocidad de rotación es baja(40 r.p.m.).

Este sistema presenta, no obstante,limitaciones importantes; entre otras, laseguridad para los operarios y ocasionalmentela rotación en vacío del rallo y la lavadora. Enefecto, la transmisión de potencia mediantecorreas planas y contraejes de transmisión,empleando un solo motor, pone en riesgo laprotección debida al operario. El trabajo nocontinuo o por lotes y la diferencia enrendimiento de los distintos equipos hace quealgunos de éstos roten sin carga; esto obliga aloperario a zafar manualmente, empleando uncabo de madera, las correas de sus poleas.Cuando sea necesario instalarlas de nuevo, lohará con el sistema de transmisión enfuncionamiento, lo que representa para él ungrave riesgo de accidente.

Algunas rallanderías prefieren evitar elriesgo de accidentes y no desconectan, por ello,los equipos; experimentan, entonces, undesperdicio de potencia por el movimientoinnecesario de la lavadora y del rallo. Las doscoladoras, por su menor capacidad, son lasúnicas máquinas de este proceso que funcionanpermanentemente.

Canales de sedimentación

Ver Lámina 7 (pág. 71) y Esquema 7bis (pág. 72)

La sección transversal de estos canales tiene600 mm de ancho por 400 mm de profundidad.El canal ideal para crear un flujo laminar ylograr una sedimentación homogénea seríarectilíneo y de más de 180 m de largo; estaconstrucción, generalmente, no es posible porrazones de organización y de espacio. Lo quecomúnmente se construye es un laberinto oconjunto de siete canales paralelos, de 25 m delargo cada uno. Para evitar al máximo laturbulencia de la corriente, los extremos decada canal rectilíneo forman un arco decircunferencia que los conecta con el canalsiguiente. Al inicio del primer canal, donde caela lechada proveniente del tamiz plano, seconstruye un desarenador de más o menos 1 m


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de longitud; éste, además de filtrar, entrega porrebosamiento el caudal de la lechada de maneramás uniforme a los canales.

Los canales son de concreto y estánrevestidos de baldosa de cerámica que facilita lalimpieza y evita el deterioro del concreto por losácidos que provienen del almidón. El objetivode los canales es permitir la sedimentación delalmidón solamente. Las impurezas pesadas,como la arena, quedan en el desarenador, y laslivianas deben salir en las aguas residuales delcanal.

Las aguas residuales llevan partículasfinas en suspensión que se descargan en untanque de sedimentación al final de los canales.Además, en el extremo de cada par de canalesse colocan drenajes que facilitan la salida de lasaguas de limpieza, las cuales se conducen almismo tanque de sedimentación.

Tanques de fermentación

Se construyen con ladrillo, se repellan concemento y se protegen en su interior concerámica o madera. Estos tanques se colocancerca de los canales de sedimentación haciendolo posible para que queden al mismo nivel deéstos; así se reduce la fatiga de los operariosque los llenan con el almidón sedimentado enlos canales. La fermentación es mejor si lostanques quedan a la sombra, en sitios frescos y,cuando se puede hacerlo, enterrados; de estemodo, la temperatura en su interior semantiene muy uniforme.

Las dimensiones de un tanque, en suinterior, son aproximadamente de1200 x 1400 mm, con 1200 mm de altura. Elalmidón en los tanques se protege con unmaterial tejido (ya sea de sacos de fique o depolipropileno) que se monta en marcos demadera; este material deja salir los gasesproducidos en la fermentación impidiendo laentrada de insectos.

Molino quebrador de almidón


Planos EMOT-98-100A a EMOT-98-203 (págs. 233-251)

Los bloques compactos de almidón que salen delos tanques de fermentación se quiebran odesmenuzan en un molino. El objetivo de esta

operación es incrementar la tasa de evaporacióndel agua cuando el almidón se exponga al sol enlos patios de secado. El molino puede ubicarseen un sitio apropiado de la rallandería; cuandose instala en un chasis provisto de ruedas, semoviliza hasta el tanque de fermentación que seesté desocupando.

El molino consta de los siguientescomponentes: un chasis principal de ángulos,un árbol de transmisión, un segundo chasis deángulos que sostiene la carcaza del molino, unrotor, una tolva de alimentación y una láminaperforada. Este equipo requiere de un motoreléctrico de 2.7 kW (3.6 HP) de potencia.

Chasis principal

Se fabrica con ángulos de 40 x 40 mm y seprovee de una rueda en cada una de sus cuatropatas. A él se sueldan verticalmente variosángulos de 25 x 25 mm para formar un riel,sobre el cual se desliza el motor hasta obtener latensión deseada de la banda.


Tiene un diámetro de 25 mm. Se instalasobre dos rodamientos que han sido fijados alchasis. En cada uno de sus extremos hay dospoleas que forman parte del sistema reductor develocidad.

Chasis secundario

Está atornillado al chasis principal ysoporta verticalmente dos círculos de lámina de10 mm de espesor que componen la carcaza delmolino. A estos dos círculos se atornillan losdos rodamientos mencionados en el párrafoanterior.

Rotor

Consta de un árbol de 40 mm de diámetroque se apoya en los dos rodamientos del chasissecundario. Un agitador de cuatro aletas se fijaal árbol con tornillos prisioneros. El agitadorconsta de un tubo de 5 mm de espesor en el cualse sueldan radialmente ocho platinas planas dehierro de 60 x 6 mm; éstas soportan,atornilladas en sus extremos, cuatro tablillasplanas de madera de 85 x 20 mm, queconstituyen las cuatro aletas del agitador. Eldiámetro que circunscribe las aletas es,aproximadamente, de 420 mm. En uno de losextremos del árbol se fija una polea plana cuyavelocidad de rotación es de 280 r.p.m.


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Tolva de alimentación

Está hecha de lámina de acero galvanizadode 1.5 mm de espesor y se atornilla a los doscírculos verticales de la caja contenedora delmolino. La forma y posición de la tolva facilitanla introducción de los bloques de almidónhúmedo y evitan que la operación de moliendaproyecte almidón fuera de la máquina.

Lámina perforada

La criba es una lámina de 1.5 mm deespesor, con múltiples perforaciones de 5 mmde diámetro. Se atornilla bajo el rotor en losdos círculos verticales y laterales de la carcazaformando un arco de 260º.

Motor eléctrico

Es solidario con la máquina con elpropósito de poder movilizar el molino a losdiferentes sitios de trabajo.

Area de secado

El almidón desmenuzado se extiende en patiosde concreto sobre plásticos de polietileno negropara que se seque al sol; el color negro acelerael secado. Si llueve, el almidón se recoge en elcentro del plástico y con éste se protege delagua. Se necesita un área grande de patioporque sólo se pueden secar entre 1 y2.5 kg/m2 por día.

El secado es el factor limitante de laproducción de almidón agrio, por dos razones:el costo elevado de la construcción de patios decemento y las condiciones climáticasdesfavorables para esta operación en las zonasde producción de almidón.

Tanques de escurrimiento y dealmacenamiento de subproductos

Estos tanques se construyen a un costado de laplanta procesadora. Se usan para recoger lacascarilla y el afrecho obtenidos durante ellavado de las raíces y en la extracción delalmidón. Estos subproductos se conducen portubería enterrada desde los equipos hasta lostanques. Para recuperar el afrecho se emplean,generalmente, dos tanques contiguos de5 x 3 m, y con 1.5 m de altura; sus paredes sonde concreto o de guadua.

Al primer tanque llega el afrechodirectamente de la coladora, junto con el agua

necesaria para su transporte; el agua sale por elfondo del tanque, que está formado por unarejilla de bambú. El afrecho escurrido, peroaún con un 80% de humedad, se pasa altanque contiguo donde se almacena. Engeneral, el afrecho no se seca en la rallanderíaporque en ésta se dispone de poco espacio; sevende a intermediarios que lo secan en losbordes de las carreteras y lo comercializancomo componente de raciones para animales.

Diseño y Fabricación de Máquinasy sus Componentes

La producción de almidón agrio es aúnartesanal. Sin embargo, las máquinas y losequipos desarrollados por los rallanderos ymecánicos de la zona para ese proceso son defácil construcción, tienen un precio accesible yse adaptan perfectamente a las necesidades delos usuarios.

Estas máquinas han sido innovadasgradualmente atendiendo una triple necesidad:reducir la fatiga del operario, incrementar laproducción y, lógicamente, buscar unareducción de los costos de fabricación. Por estarazón se utilizan partes recuperadas, como ejesy rodamientos, de los vehículos de cargapesada. El mantenimiento que exigen estosequipos, a excepción del requerido por lalámina del rallo y por la tela del tamiz de lacoladora, es mínimo. Un proceso de ensayo,error y éxito ha permitido conocer el tipo derodamiento, las dimensiones de los ejes detransmisión y los materiales con que se debenhacer los elementos para que duren muchotiempo. Los materiales se consiguen fácilmenteen las ciudades vecinas. Las máquinas y susaccesorios pueden fabricarse y se les puede darmantenimiento en pequeños talleres locales quedispongan de las siguientes herramientas:

- Equipo de oxiacetileno para cortar ysoldar metales

- Equipo eléctrico para soldar

- Taladro de columna

- Cortadora y esmeril

- Mesa de trabajo

- Prensa

- Equipo básico de herramientasmanuales


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Recomendaciones para fabricación

Lavadora

El cilindro de la lavadora es de lámina deacero de 5 mm de espesor y tiene un conjuntode aberturas rectangulares de 120 x 12 mm pordonde salen la cascarilla y las impurezas.

• Si se dispone del equipo adecuado, estasaberturas pueden hacerse taladrando lalámina antes de que sea enrollada paraformar el cilindro.

• El costo de fabricación puede reducirse,aproximadamente, en una tercera parte sise enrolla la lámina, se suelda y se perforacon un equipo de corte de oxiacetileno. Sehacen simplemente marcas sobre lalámina en el lugar en que quedarán lasperforaciones, ya que ni las dimensiones nila localización de éstas requieren una granprecisión.

Rallo


En los extremos del eje del rotor se fijandos ruedas metálicas que constan de un discosoldado en la parte interior de un aro.

• El disco se corta de una platina con elequipo de oxiacetileno y recibe un acabadocon el esmeril. El aro sale igualmente deuna platina que se moldea fácilmente en eltaller; ésta se une luego al disco consoldadura.

• Los listones de madera que conforman eltambor se atornillan a la periferia de losdos aros del rotor. La madera de loslistones tendrá una densidad deaproximadamente 900 kg/m3 y debe serresistente a la deformación y a la humedaddel ambiente.

• La lámina del rallo es de acero galvanizadopara evitar la oxidación y tiene 0.8 mm deespesor. El mecánico rural suele compraruna lámina completa y de ella cortasecciones según las dimensiones deltrabajo solicitado. La lámina debe quedarcon perforaciones protuberantes y ásperas.

• El espacio que separa dos hileras deperforaciones es de 12 mm y la distancia

entre dos perforaciones consecutivas encada hilera es también de 12 mm. Para laperforación, la lámina se corta a la medida,se marca en ella una cuadrícula a12 x 12 mm, se coloca sobre una pila desacos de fique y, con un martillo demadera, se introduce en cada marca unclavo de hierro de 5 x 80 mm.

• La lámina perforada se enrolla sobre elcilindro (tambor) de madera. En la uniónde los bordes, la lámina se traslapaaproximadamente 1 cm y se asegura conpuntillas al cilindro de madera. Algunosproductores acostumbran rehabilitar lalámina golpeando de nuevo los agujeroscon el clavo para que las aristas de éstosrecuperen el filo.

Coladora

Ver Láminas 10 y 11 (págs. 75-76)

Como árbol de transmisión de la coladora,generalmente se utiliza la mitad de un ejefracturado de la transmisión de un camión. Eleje se recupera para su función en estamáquina y su longitud se modifica según lanecesidad del usuario.

• El árbol está sostenido por dosrodamientos cónicos de bolas de doblehilera montados en una caja cilíndrica ymantenidos en posición por un sistema detensores fabricados en el taller, tambiéncon materiales recuperados. Losrodamientos se consiguen en sitiosespecializados en la venta de partesusadas de sistemas de transmisión depotencia. La caja se fabrica con un tubode hierro al que axialmente se le corta uncasquete, el cual se reinstala luego sobrebisagras para formar la tapa de la caja.Las chumaceras que se necesiten sefabrican con platinas de hierro y sesueldan en la caja. La lubricación de losrodamientos se obtiene por salpique delaceite almacenado en el fondo de la caja.

• La lámina perforada que recubre y sostienela tela que hace de filtro en la coladora esde aluminio de 1 mm de espesor. Estematerial fue escogido por su altaresistencia a la corrosión y por la facilidadcon que puede moldearse. Para hacer las

Diseño y Fabricación de Máquinas y sus Componentes

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perforaciones, se coloca la láminapreviamente cuadriculada sobre una tablade madera blanda y se golpea con uncincel en las marcas haciendo huecos de10 mm de diámetro. Los bordes de losorificios sobresalen y dan la forma de ‘gotade agua’. Las perforaciones quedanseparadas 50 mm una de otra y ladistancia entre dos líneas de perforacioneses de 25 mm. El cincel tiene 15 mm dediámetro exterior; en su punta se reducehasta 9 mm y su longitud es de 12 mm.

Poleas


Las poleas de la rallandería se fabricanlocalmente. Una polea se compone de un buje,de los radios y del aro exterior. El buje dehierro se ajusta con tornillos prisioneros al ejede transmisión. Los brazos o radios de la poleason varillas de hierro soldadas entre el buje y laparte exterior de la polea; ésta se hace con unaplatina doblada y soldada para formar el arosobre el cual trabaja la banda plana detransmisión de potencia. Se usan muchotambién las poleas de aluminio, las cuales seconsiguen en los almacenes de los centrosurbanos.

Máquinas instaladas

Todos los equipos presentados en este manualfuncionan actualmente en muchas rallanderíasdel departamento del Cauca. Las pequeñasfábricas de almidón agrio, cuya capacidad llegahasta 1 t de producto por hora, se handesarrollado gracias a los siguientes factores:

- sencillez del diseño y fácilmantenimiento de los equipos;

- disponibilidad de mecánicos ruralescapacitados en la zona de producción;

- innovaciones aportadas en los últimosaños por los procesadores, los técnicosy los profesionales de las institucionesde investigación interesadas en elsector.

La introducción de los canales desedimentación y la posición de los equipos adiferente nivel en el terreno —para aprovecharla gravedad en la carga de los equipos y en laevacuación de subproductos— han mejoradolas condiciones de trabajo de los operarios y elrendimiento del proceso.

La seguridad de los operarios puedeconvertirse actualmente en un problema si nose mejora el sistema de transmisión de losequipos. El montaje de un motor eléctricopara cada máquina podría ser una solución.La información reunida hasta hoy permiterecomendar las siguientes potencias:

- Lavadora-peladora: 1.1 kW (1.5 HP)

- Rallo: 3.7 kW (5.0 HP)

- Coladora (unidad): 1.1 kW (1.5 HP)

Los frecuentes cortes de energía en lazona rural de las rallanderías colombianasapoyan la conveniencia de instalar en ellas unmotor a gasolina, además de los eléctricos, ouna planta generadora de energía.

El agua que requiere el proceso deextracción de almidón constituye otroproblema grave que debe continuar eninvestigación. Primero, el consumo de agua(hasta 20 m3/t de raíces) es muy alto y lasaguas residuales que genera el procesocontaminan las corrientes de agua de la zona.Segundo, el agua utilizada, que proviene de losríos y nacimientos de los alrededores, esabundante en la época de lluvias pero escasaen el verano, hasta el punto de que obliga aveces a los operarios a suspender el proceso.

Se han estudiado dos posibles soluciones:una, usar hidrociclones para concentrar lalechada y devolver parte del agua a lascoladoras; otra, reutilizar el agua de lavado yel agua que sale de los canales desedimentación. Ahora bien, estas solucionesimplican el uso de otros elementos(motobombas, filtros, tuberías, tanques dedecantación) que son difíciles de adquirir,dada la capacidad económica limitada de losprocesadores.


Amidon Amidon Amidon Amidon Amidon AigAigAigAigAigrrrrre de Manioc en Colombiee de Manioc en Colombiee de Manioc en Colombiee de Manioc en Colombiee de Manioc en Colombie

Tome 2

Unité de production: Description etplans des équipements

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Avant Propos

La production d’amidon à petite échelle en zonerurale est une voie traditionnelle de valorisationdu manioc (Manihot esculenta Crantz) enAmérique Latine, en particulier au Brésil, enColombie, en Equateur et au Paraguay. Cetteactivité s’appuie sur des petites unitésartisanales d’extraction (entre 125 et 625 kg deracines par heure). L’amidon est fermenténaturellement avant séchage pour produire del’amidon aigre utilisé principalement pour lafabrication d’aliments traditionnels. Dans lesud du Brésil, à coté de ces petites unitésproduisant essentiellement de l’amidon aigre demanioc, il existe une production importanted’amidon natif, extrait à l’échelle industrielle (de50 à 500 tonnes de racines fraîches par jour).

Cette activité d’extraction d’amidon demanioc à petite échelle a un impact socio-économique important dans ces zones rurales,en valorisant localement les productions demanioc des agriculteurs, en apportant unevaleur ajoutée à ces productions et enstabilisant une main d’œuvre locale. La régiondu nord du Cauca en Colombie illustre biencette agro-industrie rurale, avec quelques 200entreprises. Environ 12 000 tonnes d’amidonaigre de manioc sont extraites par voie humideannuellement et valorisées sur le marchénational. L’apparition progressive de lamécanisation de ce procédé remonte auxannées 60 pour répondre à une demandecroissante de produits traditionnels sur lesmarchés urbains. Les équipementsd’extraction, s’ils ont connu quelquesaméliorations par les utilisateurs ou lesconstructeurs locaux d’équipements, ont dansleur conception générale peu évolué depuiscette époque.

Diverses études socio-économiquesréalisées en 1988 et 1989 ont mis en évidenceles besoins de recherche, d’améliorations et detransfert de technologies pour développer cetteactivité de transformation du manioc dans cetterégion. Les actions prioritaires ont étéregroupées en différents axes de recherche:

- augmenter les rendements desmachines;

- améliorer la qualité de l’amidon;

- maîtriser les étapes de fermentation etde séchage;

- optimiser la distribution des différentesopérations unitaires;

- diminuer les consommations d’eau etles rejets d’effluents;

- renforcer la sécurité des opérateurs;

- diminuer la pénibilité du travail;

- valoriser les sous-produits et effluents.

Le projet mis en place en 1988 Productionet utilisation d’amidon de manioc en AmériqueLatine entre le CIRAD et le CIAT s’inscrit dansce contexte. Pour le mener à bien, diversescollaborations ont été recherchées, dans unsouci à la fois de mobiliser des compétenceslocales complémentaires et de bénéficier dediverses expériences latino-américaines. Leprojet a associé en particulier l’Université delValle, l’Université Autonome d’Occident de Cali,CETEC et COAPRACAUCA en Colombie; EPN,FACE, FUNDAGRO et UATAPPY en Equateur;CERAT-UNESP au Brésil.

Les travaux, qui ont été conduits en étroitecollaboration avec les acteurs de la filière, ontporté plus particulièrement sur les axes derecherche suivants: optimisation deséquipements existants, développement denouvelles techniques, ergonomie et distributiondes machines au sein des unités et utilisationde la gravité pour optimiser les flux d’eau et dematière. L’aspect “coût de l’équipement ou duprocédé” a toujours été une contrainte prise encompte pendant le projet.

Deux grands sauts technologiques peuventêtre relevés: l’adoption de canaux desédimentation et de la distribution deséquipements utilisant la déclivité du terrain(respectivement pour une trentaine et unequinzaine d’unités, lors d’une enquête réaliséeen 1995).

Dans le souci d’informer les producteursde cette région de Colombie aux résultats destravaux conduits avec leur concours, diversesréunions de restitution d’information ont étéorganisées tout au long de ce programme de

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recherche. Un document de vulgarisation destinéaux producteurs a été édité en décembre 1995.

Afin de répondre aux nombreusesdemandes en Amérique Latine ou au niveauinternational sur la technologie de productionde l’amidon de manioc, le CIAT et le CIRAD enaccord avec les différents participants du projetont décidé de publier un ouvrage en deux tomesdans le cadre de leur mission de diffusiond’informations et de transfert de technologie.

Le premier (Amidon aigre de manioc enColombie. Tome 1: Production etrecommandations) décrit le contextetechnologique et économique en Colombie pourl’obtention d’amidon aigre de manioc. Lesecond tome veut répondre aux attentestechnologiques d’investisseurs ou deconstructeurs d’équipements. Une unitémodèle d’une capacité de traitement maximalede 625 kg de racines par heure, est présentée:génie civil, diagramme de flux, distribution,puissance des moteurs, nature des matériaux,évacuation des effluents. La conceptiongénérale de cette unité reprend les derniersdéveloppements qui ont été mis en œuvre au

sein d’une unité pilote construite à Siberia(Cauca, Colombie) avec l’appui technique etfinancier de l’ONG CETEC. Les plans de détaildes divers équipements sont également donnés.

Nous espérons que le caractère techniquede cet ouvrage puisse contribuer à la diffusiondes résultats de 10 ans de travaux en étroitecollaboration entre les transformateurs de cetterégion du Cauca, des institutions de formation,de recherche et d’appui au développement. Lesexpériences réussies de transfert de cettetechnologie menées par le CIRAD et le CIAT (auParaguay, en Equateur, au Honduras, auNicaragua, au Pérou, en Côte d’Ivoire, au Bénin,en Guyane française, en Guadeloupe) et parUNIVALLE et CETEC en Colombie ont été unélément moteur pour la réalisation de cetouvrage.

Ce volume permet de disposer aujourd’huid’un jeu de plans complets pour la réalisationd’une unité optimisée. Il s’appuie surl’expérience accumulée en Colombie tout aulong de cette activité de recherche, elle mêmeintégrée dans un vaste programme mené par leCIRAD sur la valorisation du manioc.


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Description Générale du Procédé

Le procédé consiste en une extraction del’amidon par voie humide, suivie d’unefermentation puis d’un séchage solaire(figure 1). Les principales opérationssuccessives sont les suivantes:

- lavage et épluchage des racines

- râpage des racines épluchées

- extraction du “lait d’amidon”

- sédimentation des grains d’amidon

- fermentation

- séchage au soleil

Le schéma de la figure 2 illustre lesdifférentes étapes du procédé. La figure 3présente une vue en perspective del’installation.

Lavage-épluchage

Racines

Râpage

Extraction

Tamisage

Sédimentation amidon

Fermentation

Séchage solaire

Amidon aigre

Eau Eau résiduelle

Épluchures

Tourteau humide(fibres)

Residus(fibres fines)

Eau surnageante

Sédimentation

Sous produit humide

Séchagesolaire

Tourteau sec “afrecho”

Eau résiduelle

Séchagesolaire

“Laît d’amidon” Égouttage

Figure 1. Flow-sheet du procédé.

Eau

Eau

Eau

Procédé et Équipements

Fractionproteique“mancha”

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5

6

7

1

2

4

Eau

Eau

Figure 2. Schéma de l’installation (avec utilisation de la gravité pour les transferts). 1 = Réception des racines fraîches,2 = Laveuse-éplucheuse, 3 = Râpe, 4 = Tamis extracteur d’amidon, 5 = Canaux de sédimentation, 6 = Tanksde fermentation, 7 = Aire de séchage.

Racinesfraîches

Epluchures

Fibres

Eaurésiduelle

3

Lavage-épluchage

Râpage

Extraction

Tamisage

Réception des racines

Canaux desédimentation

Tanks defermentation

Zone de séchage

Broyeur

Figure 3. Dessin de l’installation.

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Description Fonctionnelle del’Unité

Voir Planche 1 (page 65)

Opérations du procédé

Réception des racines fraîches

Les racines sont amenées sur le site detransformation dans des sacs d’environ 100 kg.Ces derniers sont posés en tas en amont del’unité sur une aire bétonnée et couverte.

Lavage-épluchage des racines

L’opérateur dépose les racines dans latrémie de la laveuse-éplucheuse; elles pénètrentdans le cylindre tournant. Un arrosage encontinu à l’intérieur du cylindre favorisel’élimination des impuretés (terre) et leurévacuation. La peau est enlevée par friction desracines entre elles et par frottement surl’intérieur du cylindre. Les épluchures passentau fur et à mesure à travers des ouverturesréalisées sur le cylindre et sont évacuées avecles impuretés. Lorsque l’opérateur juge quel’opération est terminée, il ouvre la trappe desortie libérant les racines qui tombent sur uncaillebotis métallique.

Le mélange d’eau, d’impuretés etd’épluchures se déverse, via des canalisationsintégrées dans le béton, sur une aired’égouttage située à l’extérieur du bâtiment.Les épluchures sont enlevées régulièrement etservent de fertilisant pour les champsenvironnants (café, manioc ...).

Râpage des racines

A l’aide d’une pelle, l’opérateur dirige lesracines, du caillebotis de la laveuse vers letambour de la râpe. Une goulotte de liaisonfavorise le passage entre les deux machines.L’abrasion des racines sur la tôle du tambouroccasionne la désintégration des cellules afin delibérer les grains d’amidon et faciliter l’étaped’extraction. Le râpage se fait sous arrosage, cequi permet un meilleur transfert de la pulpechargée d’amidon vers l’extracteur. Un espacetampon recueille cette pulpe avant l’étapesuivante.

Extraction du “lait d’amidon”

Au cours de cette opération, on sépare lesgrains d’amidon de la pulpe grâce à un lavage àl’eau. L’opérateur libère la pulpe présente dansl’espace tampon de la râpe; elle s’écoule par unegoulotte pivotante (position chargement) dans lecylindre rotatif de la machine. On travailledonc par batch. Le “lait d’amidon” passe autravers d’une toile et au cours des rotationssuccessives, il s’éclaircit de plus en plus,jusqu’au moment où l’opérateur décided’interrompre l’opération. A ce moment là, iloriente la goulotte en position vidange et lesrésidus (fibres) sont déversés dans un canal lesamenant à un bac d’égouttage. Au bout dequelques jours, ces derniers sont étalés sur desaires bétonnées et séchés au soleil. Ils serontcommercialisés pour l’alimentation du bétail.

Tamisage du “lait d’amidon”

Le “lait d’amidon” issu de l’extracteurrotatif, s’écoule vers un tamiseur plan,légèrement incliné et animé d’un mouvement deva et vient. Il traverse les mailles du tamis, cedernier retenant les fibres de pulpe les plusfines qui étaient passées au travers du tissu ducylindre d’extraction. Ces dernières sontdirigées vers le bac de stockage des résidus,mélangées avec les autres, et serviront donc àl’alimentation animale.

Sédimentation

Le “lait d’amidon” est acheminé parl’intermédiaire de tuyauteries, vers le canal desédimentation. Le principe de sédimentationconsiste en une précipitation sélective de lasuspension d’amidon en mouvement. Lalongueur du canal et la vitesse du courant sontsuffisantes pour permettre la sédimentation desgrains d’amidon sans pour cela avoir unmélange avec les particules plus légères(protéines, fibres, impuretés ...). Il convientd’ajuster le débit pour avoir une bonnesédimentation de l’amidon et ne pas en perdreen sortie de canal. Du fait de la précipitationsélective en fonction de la densité, ce systèmepermet également de différencier les qualitésd’amidon tout le long du canal.

On retrouve à la fin des canaux desparticules de “sous-produit” riches enprotéines, à sédimentation plus lente et quisont déversées avec l’eau en circulation dans un

Description Fonctionnelle de l’Unité

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bac de décantation où elles seront récupérées.Elles sont ensuite séchées sur des airesbétonnées et servent à l’alimentation animale.

L’opération de sédimentation se fait doncen continu et sur plusieurs jours. En effet, ilest possible de laisser l’amidon en place en fondde canal car il se solidifie rapidement. En fin dejournée, il suffit de laisser un film d’eau ensurface. Au début de la journée de travailsuivante, il faut passer une raclette en surfacede la couche, pour pousser en bout de canal,les particules de “sous-produit” et éviter ainsique de l’amidon ne les recouvre.

Pour extraire l’amidon des canaux, lesopérateurs utilisent des outils en bois et raclentle fond carrelé. La couche d’amidon se détacheet se casse en blocs qui sont transportés avecdes seaux dans les tanks de fermentation.

Au début d’une nouvelle campagne desédimentation, il est important de faire circulerde l’eau à partir de la fin du canal (unealimentation est d’ailleurs prévue). En effet,cela empêche que le “lait d’amidon” ne sedéplace trop rapidement et que l’amidon ne sedépose trop loin.

Fermentation

L’amidon déposé dans les tanks defermentation y séjournera environ un mois.Une lame d’eau le recouvre; on ajoute un peud’eau de fermentation antérieure pourdéclencher le processus.

Séchage

L’amidon fermenté forme une masse trèscompacte. Il est extrait des tanks sous formede blocs, à l’aide de pelles. L’humidité duproduit est alors d’environ 40%-42% d’H2O.Pour faciliter l’opération d’étalage et de séchage,on peut utiliser un broyeur qui éclatera lesblocs. On l’étale ensuite sur une aire bétonnéeen couche variant de 1 à 2,5 kg au m2 enfonction de l’ensoleillement. Régulièrementl’amidon est brassé à l’aide d’un râteau pouraccélérer le séchage. Il sera mis en sacs en vuede sa commercialisation lorsque l’humidité seradescendue à environ 12%-14% d’H2O.

Utilisation de la gravité

Afin de diminuer la fatigue des opérateurs etaugmenter la production, les matériels sont

installés dans un ensemble de génie civil dit “engravité” pour favoriser le transfert d’unemachine à l’autre.

Voir Planche 1 (page 65) etPlans GC-98-100A à GC-98-300B (pages 87-95)

Consommation d’eau

La forte consommation d’eau dans les unités deproduction d’amidon du Cauca (Colombie)constitue l’un des freins au développementtechnologique. En moyenne de 15 à 20 m3

d’eau sont utilisés par tonne de racines pourl’extraction de l’amidon. De 60 à 90 litres d’eausont nécessaires pour la production d’un kgd’amidon de manioc en Colombie, alors qu’auBrésil les unités les plus performantes utilisentde 15 à 25 litres d’eau par kg d’amidon produit.

En Colombie le problème de l’accès à l’eauest aggravé principalement: en période sèche;du fait de la déforestation (une diminutionnotable de la ressource en eau est observéedans le temps), par une augmentation de lacapacité de production des unités (besoin accruen eau).

Les eaux usées générées par les unités detransformation sont rejetées dans les ruisseauxet rivières avoisinants. La caractérisation deseffluents a montré que la demande chimique enoxygène: DCO1 était voisine de 2000 à 6000 mgpar litre d’effluent.

Description Technique desMateriels et de l’Unité

Laveuse-éplucheuse de racines

Voir Planche 2 (page 66) etPlans LAV-98-100A à LAV-98-400C (pages 99-126)

La machine est composée d’une trémied’admission des racines, d’un arbre detransmission, d’un cylindre, d’une trappe desortie et d’un espace tampon avant râpage. Lechâssis principal de la machine est un élémentdu génie civil. Le fonctionnement est dit en“batch” et le débit est d’environ 1000 kg/h deracines.

1. DCO = demande chimique d’oxygène.

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Trémie d’admission

L’opérateur peut déposer dans cette trémiel’équivalent d’un sac soit environ 100 kg deracines. Elle en tôle d’acier d’épaisseur15/10 mm et est fixée par l’intermédiaire decornières sur les murs de béton. Unaménagement est prévu pour le passage del’arbre de transmission.

Arbre de transmission

Il assure l’entraînement du cylindre.Son diamètre est de 60 mm. Il est supporté pardeux paliers en fonte à semelle, fixés sur unmur en béton pour l’un et sur un fer UPN(100 x 50 mm) scellé dans le béton pour l’autre.Une poulie plate à bras est fixée sur l’arbre parvis pression.

Cylindre de lavage-épluchage

De diamètre 700 mm et de longueur1600 mm, il est composé d’une tôle roulée,d’épaisseur 5 mm sur laquelle se trouvent desouvertures rectangulaires de 120 x 12 mm(14 lignes de 6 ou 7 ouvertures en quinconcesur le diamètre). Il tourne à une vitesse de40 t/mn. La virole est reliée à chacune de sesextrémités à un moyeu par l’intermédiaire defers plats. Ces derniers sont inclinés pourfavoriser l’introduction des racines. Les deuxmoyeux sont fixés sur l’arbre par vis pression.Sur la face intérieure du cylindre, quatre fersronds de diamètre 12 mm sont soudés pourformer une hélice. Ils provoquent unmouvement axial qui améliore l’admission,l’agitation et la vidange des racines.

Trappe de sortie

Un demi-disque de tôle (épaisseur 2 mm)est monté avec des charnières sur le fer UPN de100 x 50 mm et couvre la partie basse du boutdu cylindre. Un bras de manoeuvre permetl’ouverture, la fermeture et le blocage enposition fermée du demi-disque.

Espace tampon de récupération

À la vidange de la machine, les racinesnettoyées et épluchées se déversent sur desgrilles formées d’un assemblage de fers carrésde 10 x 10 mm. Ces grilles permettentl’égouttage, le contrôle visuel de la qualité del’opération et le stockage des racines avant leurpassage dans la râpe. Elles sont amoviblespour le nettoyage.

Génie civil

Il est en béton et forme l’ossature de lamachine. Des murets cloisonnent la partieépluchage de la partie stockage tampon. Lefond de la partie épluchage est en forme depyramide renversée dont le sommet se raccordeà une évacuation de 180 mm. La pente de lapyramide doit être assez importante pour que lesépluchures et les impuretés s’évacuentconvenablement sans pour cela augmenter ledébit de l’alimentation en eau.

Alimentation en eau

Elle se fait grâce à deux tuyaux situés àl’entrée et à la sortie de l’intérieur du cylindre,près de la tangente supérieure. Le débitmesuré sur site est d’environ 2 à 2.5 litres d’eaupar kg de racines fraîches.

Spécifications de la laveuse-éplucheuse

• Débit en racines fraîches: 1000 kg/h

• Dimension du cylindre: lg 1600 mm, Ø 700 mm

• Vitesse de rotation du

cylindre: 40 t/mn

• Débit d’eau nécessaire: 2 à 2.5 litres/kg de

racines fraîches

Râpe

Voir Planche 3 (page 67) etPlans RAP-98-100A à RAP-98-400B (pages 129-149)

La machine est composée d’une goulotted’admission de racines épluchées, d’un châssismécano-soudé, d’un arbre de transmission,d’un rotor, de carters et d’un génie civil. Ellefonctionne en continu et le débit ramené enracines fraîches est d’environ 1700 kg/h.

Goulotte d’admission

Elle repose sur le génie civil de la laveuse-éplucheuse et est fixée par boulonnage sur lechâssis de la râpe. Elle est en tôle d’épaisseur2 mm.

Châssis

Deux cadres en cornières de 50 x 50 mmsont scellés dans le béton de chaque coté de lamachine. Chacun d’entre eux reçoit un palieren fonte à semelle boulonné. Un ensemble

Description Technique des Materiels et de l’Unité

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parallélépipédique en tôle d’épaisseur 4 mmforme l’ossature du châssis; il vient se boulonnersur les cadres en cornières. Un capot, pivotantsur charnières, empêche les projections etl’accès intempestif au rotor. Entre une paroi duchâssis et ce dernier, une planche en boisd’épaisseur 40 mm est réglable dans le sensvertical (perçages oblongs), afin d’optimiser lerâpage par ajustement de l’espace entre celle-ciet le rotor.


De diamètre 40 mm, il est monté sur lespaliers et supporte une poulie plate fixée par vispression.

Rotor

Sur deux flasques circulaires mécano-soudés, des tasseaux de bois de formetrapézoïdale sont boulonnés. Ils forment uncylindre de diamètre 280 mm et de longueur400 mm, sur lequel est roulée puis clouée unetôle en acier galvanisé d’épaisseur 8/10 mm. Aupréalable, cette dernière a été coupée puisperforée par repoussage de matière, afin decréer une surface agressive. Le rotor est fixé parvis pression sur l’arbre de transmission.L’ensemble tourne à une vitesse de 1800 t/mn.

Carters

Ils sont en bois ou en tôle, placés sur lescotés de la machine pour limiter les projectionsde pulpe; ils sont facilement amovibles afin defaciliter le nettoyage.

Génie civil

Des murets ceinturent la machine etsupportent les cadres sur lesquels sont fixés lespaliers. Un espace tampon est aménagé pourrecevoir un “batch” de pulpe équivalent à unpassage dans l’extracteur. Grâce à un tuyauPVC pivotant, l’opérateur peut envoyer ce“batch” dans l’un ou l’autre des extracteurs.

Alimentation en eau

Elle se fait grâce à un tuyau situé sur ledessus du rotor. Le débit est d’environ 1 litred’eau par kg de racines fraîches.

Spécifications de la râpe

• Débit (ramené en racines

fraîches): 1700 kg/h

• Dimension du rotor: lg 400 mm, Ø 280 mm

• Vitesse de rotation du rotor: 1800 t/mn

• Débit d’eau nécessaire: 0.8 à 1 litre/kg de

racines fraîches

Extracteur de “lait d’amidon”

Voir Planche 4 (page 68) etPlans EXT-98-100A à EXT-98-700C (pages 153-198)

L’extracteur est installé sur un élément de géniecivil. Ce dernier supporte l’ensemble de latransmission. On trouve également commeélément principal, une goulotte pivotante, lecylindre d’extraction, une alimentation en eauet des carters amovibles. Le fonctionnement esten “batch” et le débit est de 275 kg/h ramenéen kg de racines fraîches. Son faible débitamène souvent à l’implantation de deuxmachines en parallèle dans une unité.

Transmission

Un châssis en cornières est scellé dans lebéton et vient recevoir par boulonnage une“boîte à roulements”. Deux roulements à deuxrangées de rouleaux à rotule y sont montés etmaintiennent un arbre de transmission de50 mm. Un système de réglage du jeu axial estprévu. L’arbre comporte un épaulement à l’unede ses extrémités et une poulie plate à brasfixée par vis pression sur l’autre. Le cylindred’extraction sera boulonné en porte à faux surl’épaulement de l’arbre.

Cylindre d’extraction

Le cylindre d’extraction est de diamètreextérieur 980 mm et de longueur 870 mm. Savitesse de rotation est de 25 t/mn.

• Un ensemble de trois tôles épaissescirculaires de diamètres différents seboulonne sur le flasque de l’arbre detransmission. La forte épaisseur de ces

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tôles (6 et 8 mm) est nécessaire pour avoirune bonne rigidité de l’ensemble maiségalement pour la fixation des élémentsintérieurs du cylindre. Un fer plat roulé,ceinture la tôle de plus grand diamètre etassurera le maintien de la tôle perforée.

• Une tôle compose la paroi du cylindred’extraction coté admission de la pulpe.Son épaisseur (2 mm) est réduite afin delimiter le poids du porte à faux maissuffisante pour permettre la fixation deséléments intérieurs du cylindre. Uneouverture circulaire est aménagée pourl’admission et la vidange de la pulpe. Unfer plat roulé, ceinture la tôle et assurera lemaintien de la tôle perforée.

• A l’intérieur du cylindre on trouve sixentretoises en fer rond de 14 et 20 mm.Elles relient les deux parois, agissent surle brassage de la pulpe et offrent un pointde fixation aux “cuillères”. Sur sixcornières (30 x 30 mm) reliant égalementles deux parois, sont fixées par boulonnagesix jeux de deux palettes symétriques ou“cuillères”. Ces dernières sont formées etpositionnées de telle façon qu’elles serventà brasser, relever puis relâcher le produitdans le cylindre en fonctionnement normalou à relever puis relâcher les résidus(fibres) dans la goulotte orientée enposition vidange. Elles sont en tôled’épaisseur 15/10 mm.

• Un élément en bois de section 100 x20 mm est placé entre les deux cotés ducylindre. Une toile en nylon (voilagedomestique, environ 100 Mesh) estl’élément essentiel puisqu’elle filtre le “laitd’amidon”. Elle est tendue sur l’extérieurdu cylindre, puis clouée sur l’élément enbois. Pour faciliter cette opération, il estutile de la mouiller préalablement. Desessais ont été effectués avec de la toile encoton mais l’on a pu observer de rapidesdéveloppements de moisissure.L’utilisation de toiles métalliques estpossible, mais le coût etl’approvisionnement sont un problème.

• Une tôle en aluminium d’épaisseur10/10 mm, comportant des perforationsen forme de “gouttes d’eau” est positionnéepar dessus la toile de tamisage. La fixationest assurée au niveau de l’élément en bois

par deux cornières rivetées sur chaquebout de la tôle et serrées par des boulons.

Goulotte

Elle est en tôle d’épaisseur 2 mm, surlaquelle on rapporte un fer plat. Il est formé etpossède des perçages et des goujons pour lemaintien en position et la rotation de lagoulotte. Elle se positionne sur un cadrelui-même scellé dans le béton. Les deuxpositions “admission de pulpe” et “vidange” sontindexées grâce à un levier articulé sur le cadre.

Génie civil

Il est composé de murets formant une cuvedans laquelle tombe le “lait d’amidon”. Unpiquage puis une tuyauterie plastiquel’achemine vers le tamiseur plan. A la verticalede la goulotte, un passage de section carréereçoit les fibres à la vidange.

Carters

Ils sont en tôle de 15/10 mm, reposent surles murets et récupèrent les projections de “laitd’amidon”.

Alimentation en eau

Elle est effectuée grâce à un tuyauteriefixée sur le cadre support de goulotte et quipénétre axialement dans le cylindre. Le débitmesuré sur site est d’environ 6.5 litres d’eaupar kg de racines fraîches.

Spécifications de l’extracteur de “lait d’amidon”

• Débit en racines fraîches: 275 kg/h

• Dimension du cylindre: lg 870 mm, Ø 980 mm

• Vitesse de rotation du rotor: 25 t/mn

• Débit d’eau nécessaire: 6.5 litres/kg de

racines fraîches

Tamiseur plan

Voir Planche 5 (page 69) etPlans TAM-98-100A à TAM-98-300B (pages 201-214)

Pour parfaire le travail de tamisage du “laitd’amidon”, en particulier pour éliminer les pluspetites fibres, on trouve, dans certaines unités,un tamiseur plan. Il est constitué d’un bac(génie civil) de faible hauteur (environ 300 mm)


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sur lequel sont scellées deux potences encornières (35 x 35 mm). Quatre bouts decourroie plate sont fixés verticalement sur cesderniers et soutiennent un châssis en cornièrelégèrement incliné, lui même recevant le tamis(dimension 1200 x 600 mm). Le châssis estanimé d’un mouvement de va et vient grâce àune biellette reliée à un excentrique fabriqué àpartir d’un roulement à billes. Un arbre detransmission (diamètre 25 mm), sur lequel unepoulie plate est fixée par vis pression, transmetla rotation (vitesse de rotation de l’arbre200 t/mn). Il est monté sur deux paliers enfonte à semelle, fixés sur le béton. Ledéplacement horizontal du châssis est d’environ40 mm. Le “lait d’amidon” est récupéré en fondde cuve et se dirige vers les canaux desédimentation par des tuyauteries enterrées.

Transmission générale de puissance

Voir Planche 6 (page 70) et

Plans TRANS-98-100A à TRANS-98-304 (pages 217-230)

Les unités de fabrication d’amidon aigre sonttoutes installées dans les zones de productionde manioc. En Colombie le réseau électriqueest de bonne qualité et dessert des zones assezreculées. Toutefois les intempéries (orages, ...)perturbent régulièrement l’alimentationélectrique.

Pour pallier à ce genre de problème, lespropriétaires ont fait installer un moteurélectrique et un moteur thermique en parallèlepour toute l’unité de production. En cas decoupure électrique, l’opérateur peut rapidementremettre en route l’installation sur le moteurthermique en transférant la courroie detransmission d’un moteur à l’autre. Lapuissance du moteur électrique est de 5,5 kW(7,5 Ch.) et celle du moteur thermique doit êtred’au moins 16 Ch.

Les deux moteurs sont équipés de pouliesplates. Le mouvement est transmis par unecourroie plate à une deuxième poulie platesolidaire d’un arbre de transmission principal.Il se trouve sur toute la largeur du génie civilafin de desservir toutes les machines suivant lemême principe grâce à des arbres et pouliesintermédiaires. La laveuse a besoin d’undeuxième arbre parce que sa vitesse de rotationest faible (40 t/mn).

Mais ce système impose des contraintesnon négligeables: problèmes de sécurité et dedépendance des machines entre elles. En effet,ce système de transmission par courroies plateset arbres de transmission rend difficile laprotection de l’utilisateur qui travaille sansréelles mesures de sécurité. De plusl’hétérogénéité de débit des matériels fait quecertains peuvent fonctionner à vide; ceci amèneles opérateurs à faire sauter les courroies de leurpoulie et les remettre en place si nécessaire encours de fonctionnement avec l’aide de manchesen bois. Cette opération est très délicate et trèsdangereuse.

Canaux de sédimentation

Voir Planche 7 (page 71) et Schéma 7bis (page 72)

Les canaux de sédimentation permettent untravail en continu sur plusieurs jours. Ils sonten béton et sont revêtus de carrelage pour éviterles infiltrations et favoriser le nettoyage.

Le lait transite dans des tuyauteriesenterrées du tamiseur plan vers l’entrée ducanal. A cet endroit, on trouve un auget qui vapiéger les sables et autres petites impuretésrestant dans le “lait d’amidon”. Ces particulesplus lourdes vont se déposer en fond et le lait vaentrer par débordement dans le canal. Lesdimensions de la section du canal sont de600 mm en largeur et de 400 mm en profondeur;la longueur totale est d’environ 180 mètres.Pour un dépôt efficace et pour éviter desturbulences, un canal rectiligne de cettelongueur serait idéal. Mais pour des raisonsd’encombrement et de réalisation, il est difficiled’envisager d’en avoir un de ce type. Onretrouve donc un ensemble formé de septcanaux d’environ 25 mètres de longueur. Leursextrémités sont reliées en arc de cercle commesur le schéma 7bis, page 72. Des sorties sontaménagées en bout de chaque arc de cercle pourfaciliter l’évacuation des eaux de lavage. Enbout du canal on trouve un tank desédimentation où l’eau va se déverser et sedécharger des dernières particules ensuspension.

Tanks de fermentation

Ils sont construits en béton le long des canauxde sédimentation et si possible enterrés pouravoir une meilleure inertie thermique. Les

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dimensions intérieures sont d’environ1200 x 1400 x 1200 mm de hauteur.L’intérieur est carrelé pour éviter lesinfiltrations et favoriser le nettoyage. Un cadreen bois revêtu d’une toile (sacs en toile de juteou sacs en polypropylène par exemple) sert decouvercle pour les bacs, laissant passer les gazde fermentation et empêchant l’intrusiond’insectes.

Broyeur

Voir Planche 8 (page 73) etPlans EMOT-98-100A à EMOT-98-203 (pages 233-251)

Pour faciliter la dépose sur l’aire de séchage del’amidon humide, il est appréciable au préalablede casser les blocs issus des tanks defermentation. On fait appel pour cela à unbroyeur mobile sur roues qui se positionne prèsde tel ou tel tank.

Il est composé d’un châssis principal encornières, d’un arbre de transmission, d’undeuxième châssis en cornières soutenant lacage du broyeur, d’un rotor, d’une trémied’alimentation et d’une tôle perforée. Unmoteur électrique de 2,7 kW (3,6 Ch.) équipe cematériel.

Châssis principal

Il est fabriqué en cornières de 40 x 40 mmet des roulettes en fonte sont fixées sur chacundes quatre pieds. Des cornières de 25 x 25 mmsont soudées verticalement pour former uneglissière pour le moteur.


De diamètre 25 mm, il est monté dansdeux paliers à semelle fixés sur le châssis encornières. Deux poulies à chacune de cesextrémités permettent de réduire la vitesse derotation.

Châssis secondaire

Il est boulonné sur le châssis principal etsupporte deux flasques en tôle d’épaisseur10 mm qui composent la cage du broyeur. Surces deux flasques, deux paliers appliques sontboulonnés.

Rotor

Il est composé d’un arbre de 40 mm qui seloge dans les deux paliers appliques. Un

batteur à quatre pales est fixé par vis pressionsur l’arbre. Il est composé d’un tube(épaisseur 5 mm) sur lequel sont soudéstangentiellement huit fers plats de 60 x 6 mm.Quatre fers plats de 85 x 20 mm boulonnésforment les quatre pales. Le diamètrecirconscrit par les pales est d’environ 420 mm.Une poulie plate est fixée à l’une des extrémitésde l’arbre. Sa vitesse de rotation est de280 t/mn.

Trémie d’alimentation

Boulonnée sur les deux flasques de la cagedu broyeur, elle est en tôle d’acier galvaniséd’épaisseur 15/10 mm. Elle facilitel’introduction des blocs d’amidon humide etpréserve des projections en cours de broyage.

Tôle perforée

Elle est boulonnée sur les mêmes flasquesque précédemment. Elle se situe sous le rotorsur un angle de 260°. Son épaisseur est de15/10 mm et les perforations sont de diamètre5 mm.

Moteur électrique

Il est solidaire de la machine et la rendmobile et indépendante du reste de l’unité.

Aire de séchage

Les surfaces nécessaires sont très importantescar les quantités d’amidon déposées varient de1 à 2,5 kg au m2. Le béton peut être recouvertd’un plastique noir pour accélérer le séchage. Ilfacilite également le ramassage rapide del’amidon lorsque le temps devient menaçant.

Bacs d’égouttage et de stockage

Ces bacs recevant des épluchures et des fibresissues de la laveuse-éplucheuse et del’extracteur de “lait d’amidon” sont situés enbordure de l’unité. Des tuyaux enterrés relientles machines à ces bacs. Ils sont en béton et dedimensions assez importantes. Pour recevoirles fibres résiduelles de l’extraction, on trouvedeux bacs contigus de 5 x 3 x 1,5 m dehauteur. En fond, un caillebotis en bambou estdéposé et facilite l’égouttage. Une des deuxcuves sert principalement à l’égouttage etl’autre au stockage avant commercialisation.Les fibres ne sont en général pas séchées sur lesite de l’unité car la place fait défaut; elles sont


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le plus souvent vendues dans l’état et lesacheteurs procèdent au séchage, le long desroutes par exemple.

Conception et Réalisation desMateriels

Les intérêts des machines sont les suivants:

- simplicité de construction

- faible coût

- parfaite adaptation aux besoins del’utilisateur

Toutes les machines de l’unité présentéesont de conception très simple et lamaintenance est pratiquement inexistante. Lesmatériaux employés sont courants. Laréalisation peut se faire dans un atelier équipéd’un minimum de machines outils:

- poste à souder et couper oxygène-acétylène

- poste à souder électrique

- perceuse sur colonne

- meuleuse-tronçonneuse

- établi

- étau

- composition d’outillages

Recommandations pour la fabricationdes machines

Laveuse-éplucheuse

Le cylindre de la laveuse est en tôle d’acierd’épaisseur 5 mm, et comporte une centained’ouvertures rectangulaires de 120 x 12 mm.Elle peuvent être effectuées par poinçonnageavant roulage de la tôle par des ateliersdisposant de machines outils adaptées. Pourréduire le coût de fabrication (environ de 1/3),il est possible de rouler la tôle, de la souder etde réaliser les ouvertures à l’aide d’unchalumeau. Un ébavurage des coulées estsouhaitable. Cette pratique est envisageablecar les ouvertures ne nécessitent pas unegrande précision dans les dimensions.

Râpe


Le rotor est composé de deux flasquesmécano-soudés. Le disque est découpé auchalumeau, puis ébavuré à la meuleuse. Le ferplat qui le ceinture est formé sur place puissoudé.

Les tasseaux qui sont ensuite boulonnéssur les deux flasques sont issus de bois dur demasse volumique d’environ 900 kg/m3. Ilsrésistent très bien à l’ambiance humide et ne sedéforment pas.

La tôle de râpage d’épaisseur 8/10 mm esten acier galvanisé pour éviter l’oxydation. Ledéveloppé est découpé dans une feuille de tôlepuis posé sur quelques sacs en toile de juteempilés. A l’aide d’un marteau en bois, l’ouvrierfrappe sur une pointe de charpente de5 x 80 mm. La tôle est repoussée formant desperforations agressives. L’espace entre deuxlignes est de 12 mm, ainsi que celui entrechaque perforation d’une ligne. La tôle ainsiobtenue est ensuite roulée sur le rotor entasseaux de bois. Au niveau de la jonction, latôle se chevauche sur environ un centimètre etdes pointes assurent la fixation. Quelquespointes sont enfoncées de part en part sur lecylindre pour parfaire le maintien.

Extracteur de “lait d’amidon”

Voir Planches 10 et 11 (pages 75-76)

L’arbre de transmission, monté sur lesmachines, est un demi arbre de roue de camionde récupération. Sa longueur est ajustée à lademande.

Il est maintenu par deux roulements àdeux rangées de rouleaux à rotule montés dansun boîtier. Les roulements sont des roulementsà rouleaux coniques de récupération et unsystème de rattrapage de jeu sur les baguesintérieures maintient axialement l’arbre enposition. Le boîtier est fait à partir d’un tube“construction mécanique” dont une partie estdécoupée puis montée sur charnières pour

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former un capot. Les roulements sont montésdans deux alésages réalisés avec du fer plat etsoudés dans le boîtier. Un barbotage dans unfond d’huile assure le graissage de l’ensemble.

La tôle perforée qui recouvre la toile defiltration du lait est en tôle d’aluminiumd’épaisseur 10/10 mm. Ce matériau a étéchoisi pour sa bonne tenue à la corrosion et lafacilité avec laquelle il peut être travaillé. Ledéveloppé de tôle est posé sur une planche enbois et les perforations sont faites à l’aide d’unpointeau et d’un marteau. Un disque de10 mm de diamètre est découpé à chaque coupde marteau et les bords sont repoussés pourformer des trous en forme de “goutte d’eau”. Lepointeau est de diamètre 15 mm, se réduisanten bout à 9 mm sur une longueur de 12 mm.Les perforations sont réalisées tous les 50 mmet l’espace entre deux lignes est de 25 mm.

Poulies


Les poulies de l’unité sont en généralmécano-soudées. Un moyeu est alésé audiamètre de l’arbre et un ou deux taraudagesradiaux sont usinés pour l’implantation de vispression. Les bras sont en fer rond et sontsoudés entre le moyeu et un fer plat roulé-soudé formant l’extérieur de la poulie. Pour lespetits diamètres, on trouve le plus souvent despoulies de récupération en aluminium.

Machines installées

Toutes les machines présentées dans cedocument fonctionnent aujourd’hui dans un

nombre important d’unités en Colombie. Leurfiabilité et les améliorations apportées cesdernières années ont permis l’émergence depetites agro-industries en zone de culture demanioc. L’introduction des canaux desédimentation et de l’utilisation de la gravité ontamélioré les conditions de travail desopérateurs. A ce jour, pour des problèmes defonctionnement et de sécurité des utilisateurs,il faudrait envisager une alternative pour lestransmissions. Le montage d’un moteurélectrique sur chaque machine serait unesolution. Les renseignements pris nouspermettent de conseiller les puissancessuivantes:

- laveuse-éplucheuse: 1,1 kW (1,5 Ch.)

- râpe: 3,7 kW (5 Ch.)

- extracteur: 1,1 kW (1,5 Ch.)

Cela ne résout en rien le problème del’alimentation électrique sur site. En casd’indisponibilité réseau, il serait donc àenvisager l’installation d’un groupe électrogènequi pourrait prendre le relais.

L’eau utilisée dans les unités provient detorrents environnants. Les améliorationsapportées sur les machines ont permis delimiter la consommation d’eau sur chacuned’entre elles. Mais elle reste encore trop élevée.En effet, l’eau issue des unités entraîne unepollution non négligeable des cours d’eau situéen aval. Des possibilités de réutilisation deseaux (de lavage et de sortie de canal parexemple) sont à envisager mais induisent denouveaux composants (pompes, filtres,tuyauteries, bacs de décantation ...).

Conception et Réalisation des Materiels

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Volume 2

Processing plant: Description, plans,and layout

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Small-scale starch production in rural areas isa traditional activity that adds value to cassava(Manihot esculenta Crantz) in Latin America,particularly in Brazil, Colombia, Ecuador, andParaguay. This activity is carried out by smallartisanal units that process between 125 and625 kg of fresh roots per hour. The starch,which is usually fermented naturally beforedrying to produce ‘sour starch’, is used mainlyfor preparing traditional foods. In SouthernBrazil, cassava starch is not only produced ascassava sour starch on an artisanal scale, butalso as unfermented starch produced inconsiderable quantities on an industrial scale,that is, by factories that can process between50 and 500 tons of fresh roots per day.

Small-scale cassava starch extraction hassignificant social and economic impact on ruralareas because it can add value to cassavaproduction for farmers in a given locality,stabilizing supply and creating demand forlabor. The northern Cauca region of Colombiaprovides a good example of this ruralagroindustry. The area has almost200 artisanal enterprises that produce about12,000 tons of cassava sour starch annually forthe national market by means of a wetextraction process. The progressivemechanization of the extraction process beganin the 1960s in response to growing urbanmarkets for traditional products. Extractionequipment, however, has evolved very littlesince, except for some improvementsintroduced by users themselves or localmanufacturers.

Various socioeconomic studies conductedbetween 1988 and 1989 with a view todeveloping cassava-processing activities in theregion, pointed to the need for research onimproving cassava varieties and transferringtechnologies. The following areas of researchwere given priority:

- Increasing machine productivity

- Improving starch quality

- Controlling fermentation and drying

Foreword

- Optimizing the distribution of differentoperational units in the plant

- Reducing water consumption in the plantand the discharge of effluents into waterways

- Improving plant worker safety and well-being

- Assessing the value of byproducts andeffluents

In 1988, CIRAD and CIAT initiated aproject, Production and Use of Cassava Starch inLatin America, some of whose results are thesubject of this text. During the project’sexecution, cooperation with other institutionswas promoted to take advantage ofcomplementary local capacity and, at the sametime, benefit from the multiple experiencesacquired in this field Latin America.Accordingly, the project involved theUniversidad del Valle, the CorporaciónUniversitaria Autónoma de Occidente (in Cali),CETEC, and COAPRACAUCA, all in Colombia;the EPN, FACE, FUNDAGRO, and UATAPPY inEcuador; and the CERAT-UNESP in Brazil.

The research was developed in closecollaboration with the actors of the productionchain and focused mainly on the followingabove-mentioned areas: optimization of existingequipment, development of new techniques,ergonomics, and the distribution of themachinery within the production plant tooptimize water flows and movements of rawmaterial. The aspect of “equipment or processcosts” was a permanent constraint throughoutthe project. The project achieved two majortechnological advances: the use ofsedimentation channels and the distribution ofequipment to take advantage of gradients in theterrain. A survey in 1995 showed that the useof sedimentation channels had been adopted by30 artisanal plants and that 15 plants hadre-distribution machinery to make use ofgravity.

Several meetings were organizedthroughout the project to inform starch

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processors of the Cauca region of results fromthe research projects in which they hadparticipated. In December 1995, a shortpublication directed to processors about theirindustry was published. The interest incassava sour starch production technology wassuch that it spread to several Latin Americancountries and to other continents. Thisdemand encouraged CIAT and CIRAD, with theagreement of the other project members, topublish this work in two volumes, therebyfulfilling the goal of disseminating informationand transferring technology.

The first volume, Cassava Sour Starch inColombia. Volume 1: Production andRecommendations, describes the technologicaland economic context in which cassava sourstarch is processed in Colombia. This secondvolume responds to the technologicalexpectations of investors and machinerymanufacturers. It presents a model productionplant, whose maximum capacity is 625 kg offresh roots per hour. The principal aspectsexamined include civil engineering, flow charts,distribution in the plant, waste discharge,motor power, and characteristics of materials.This volume incorporates the most recentadvances already installed in a pilot plant builtin Siberia (Cauca, Colombia), with technical

and financial support from CETEC, anon-governmental organization of theagroindustrial sector. This volume alsoprovides detailed plans of the equipment thatwas installed in that plant.

The technical orientation of this secondvolume will contribute further to thedissemination of the results obtained from10 years of work carried out in closecollaboration with the cassava-starch producersin Cauca and with research and developmentand educational institutions. CIRAD and CIATcarried out the transfer of technology inParaguay, Ecuador, Honduras, Nicaragua,Peru, Côte d’Ivoire, Benin, French Guiana, andGuadeloupe, and UNIVALLE and CETEC inColombia. The successful transfer oftechnology to these countries was an essentialelement both of the work undertaken and ofthis volume.

The completion of this volume thereforemeans that a complete set of plans for installingan optimal model of a cassava starch-processing plant is now available. This modelcontains the entire experience in Colombiaaccumulated throughout CIRAD’s largerCassava Assessment Project.



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General Description of the Process

Wet cassava sour starch extraction consistsof a series of operations to extract starchfrom cassava roots, using water (Figure 1).This starch then undergoes natural anaerobicfermentation, before sun drying. Wetextraction is carried out in the followingsequence:

Process and Equipment

- Reception of cassava roots- Root washing and peeling- Root grating- Separation of the starch milk- Screening of the starch milk- Sedimentation- Fermentation- Sun drying- Sifting and packing of dry sour starch

Washing and peeling

Roots

Grating

Separation

Screening

Sedimentation

Fermentation

Sun drying

Sour starch

Water Wastewater

Root peel

Wet bagasse(fiber)

Residues(fine fiber)

Supernatant

Sedimentation

Wet byproduct

Sundrying

Dry bagasse

Wastewater

Sundrying

Starch suspension

Figure 1. Flow chart of the wet extraction of cassava sour starch.

Water

Water

Water

Scum(proteinfraction)

40

Figure 2 illustrates the cassava starchextraction process, and Figure 3 presents atechnical drawing of the facilities.

Functional Description of anArtisanal Starch-Extraction Plant

See Plate 1 (page 65)

Steps in the extraction process

Reception of cassava roots

Fresh cassava roots arrive in sacks at theartisanal starch extraction plants known as“rallanderías”. These sacks, weighing between80 and 90 kg, are placed under cover, on aconcrete floor located near the root-washingmachine so as to minimize fatigue in themachine operators.

Root washing and peeling

Workers empty the sacks containing rootsinto the washing machine’s feed hopper, located

to one side of the machine’s rotating cylinder ordrum. Once in the drum, the roots are sprayedwith water to wash off soil and other dirt and tofacilitate the evacuation of the waste. The“cascarilla”, or the thin, coffee-colored skinadhering to the roots, is removed by friction ofthe roots against each other and against thedrum’s internal walls. The thin peel passesthrough orifices in the drum and is evacuated,together with other dirt.

When workers consider that the roots areclean and all peel has been removed, they openthe retention hatch, located in the side of thedrum opposite to that of the feed hopper. Theroots then fall into a holding area, the floor ofwhich has grid to allow drainage of the excesswater. The holding area leads to the hopper forthe grater.

The wash water containing dirt and peel iscollected in a brickwork structure and is led bypipes toward a filtering area, where the peel isrecovered. The peel is left in heaps, out in theopen, until it decomposes and can be used ascompost for crops, mostly of coffee, cassava,and banana.

Wastewater

5

6

7

1

2

4

Water

Water

Figure 2. Schematic representation of a plant that uses gravity to extract cassava starch. 1 = reception of roots,2 = washing machine, 3 = grater, 4 = separators, 5 = sedimentation channels, 6 = fermentation tanks,7 = drying area.

Freshroots

Root peel

Fiber

3


41

Grating the roots

Workers push the roots from the holdingarea into the grater’s hopper. The hopper is inthe form of a chute that facilitates movement ofroots between the two machines.

On entry, the direct contact of rootsagainst the perforated cutting surface of thegrater’s rotating drum disintegrates the cells ofthe roots’ tissues, liberating starch granules.

During operation, the drum’s gratingsurface is constantly sprayed with water topermanently wash the perforations and to forman aqueous mass of cassava pulp that is easy totransfer to the rotating drum separator. A tanklocated under the grater receives the pulp untilit passes on to the separator. This tank ispositioned at a higher level than the separator,making it easy to load the grated pulp directlyby gravity.

Separation of the “starch milk”

In this operation, starch granules areseparated from the grated pulp by abundantwashing with water. The workers release the

pulp from the storage tank, directing it toward apivoted hopper that, when in feeding position,permits the pulp to flow into the rotatingseparator drum. Water is introduced,uniformly and radially, by means of a flutedpipe.

Separation of the starch milk is a batchprocess. The suspension of starch granules inwater or “starch milk” passes through a muslimor nylon screen attached to the internal walls ofthe drum. The longer the separating time, themore diluted the starch becomes. When itcompletely loses its color, workers shut off thewater supply. Immediately, the direction of thefeed hopper is changed to the “emptying”position. Fibrous residues or bagasse, knownin Spanish as “afrecho”, empty into a funnel-shaped tank that leads the waste through aburied pipe into a drainage tank.

After draining for several days, and whenthe weather permits, the bagasse is spread outon patios (usually unpaved) for drying in thesun. The dried “afrecho” is used as aningredient in animal rations.

Grating

Starch separation

Screening

Sedimentationchannels

Fermentationtanks

Drying patios

Pulverizing mill

Figure 3. Design of the physical plant where cassava starch is extracted.

Functional Description of an Artisanal Starch-Extraction Plant

Reception of roots

Washing and peeling

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Screening the starch milk

The starch milk flows out of the drumseparator to a flat, slightly inclinedreciprocating screen. The milk passes throughthis screen separating fine fibers known inSpanish as “afrechillo”, that had not beenretained in the rotating separator.

The reciprocating motion displaces the“afrechillo” toward one end of the sieve where itis led to the waste storage tank used for the“afrecho”.

Sedimentation

The starch milk passes through thereciprocating screen and is led through pipestoward a serpentine of sedimentation channels.Sedimentation in channels is based on theprinciple of selective precipitation of suspendedstarch in movement. In a given channel, thevelocity of the starch milk establishes aretention time which should permit only thesedimentation of starch grains. Lightermaterials (e.g., proteins, fibers, and impurities)do not settle, and are removed with thewastewater. Consequently, to obtain a cleansediment of starch and to prevent, as far aspossible, loss of starch through the channels’outlet, the flow of the suspension (i.e., of themilk) and the depth of the water in the channelare carefully adjusted.

Selective sedimentation depends on thedensity of the particles in suspension, andmake it possible to separate the starchaccording to grain size along the length of thechannels.

Water layer. The first working dayusually begins by filling the channels withwater to a depth of 5 cm by placing retainingplanks at the outlet end, forming a gate ofvariable height. Since the water used may nothave been suitably treated to remove suspendedparticles, it would be added at the dischargeend of the serpentine so that suspendedparticles will sediment in a part of the channelthat is unlikely to receive starch. Once thechannels have been filled to a height of 5 cm,the flow of starch milk into the channels isinitiated. As the depth of the sedimented starchin the first length of the serpentine grows, thehatch’s height is increased by adding moreplanks, thus increasing the retention time ofthe milk and recovering more suspendedstarch.

“Mancha” or scum. A creamy yellowscum layer, made up principally ofprotinaceous material of low density, settles outon top of the sedimented starch, especially inthe final stretch of the serpentine. In Spanishthis scum layer is known as “mancha”. Themancha never forms a compact paste and canbe easily removed from the surface of the starchby washing with water until the starch’scharacteristically intense white color reappears.The water containing “mancha” is shift to asedimentation tank where some of the materialis recovered, depending on to the tank’scapacity. The sedimented “mancha” is left todrain, then, because of its rich protein content,is sun dried and used in animal feed.

Sedimentation is carried out continuouslyfor several days until the channels are full or agiven batch of roots is finished. Whenextraction is not taking place, clean watershould be run through the channels to preventmancha from settling on the starch. At thestart of the following day, the mancha must beremoved from the surface of the compact massof starch, so that the fresh starch settles on theprevious day’s starch rather than on themancha.

Starch is removed from the sedimentationchannels in the form of blocks that are easilycut with metal or plastic shovels. These blocksare then transported in buckets to thefermentation tanks.

Fermentation

The sedimented starch is placed infermentation tanks where it remains for aminimum of 15 days. Some processorsroutinely ferment the starch between 45 and60 days to ensure that it acquires twoimportant properties: the power to expand anda characteristic aroma, both necessary forbaking traditional breads. The starch canremain in the fermentation tanks for as long as4 months without deteriorating. It is thereforepossible for fermentation to continue during therainy seasons when sun drying is difficult.

A layer of water, 5 to 10 cm deep, shouldpermanently cover the mass of starch. Whenthe tanks are full, and to acceleratefermentation, one of three inocula are oftenused: supernatant water from already usedfermentation tanks; supernatant water from the


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“mancha” sedimentation tank after ensuringthat the “mancha” has already sedimented out;or a block of already fermented starch, takenfrom another fermentation tank that containedstarch from good quality cassava varieties, andplaced on the tank’s floor.

Drying

The starch forms a very compact mass inthe fermentation tanks. Its moisture content isabout 55%, wet basis. Using metal shovels,workers cut out blocks from the mass of starchand take them to the drying patios. Someextraction plants have spike mills to break upthe blocks so that, on exposure to the sun, thedrying rate of the starch is more uniform.Where such equipment is not available, theworkers, or “patieros”, break the blocks up withtheir hands or by trampling with their feet.

Wet starch is usually dried by spreadingon black plastic sheets on paved patios. Thestarch layer spread on the plastic varies inloading from 1 to 2.5 kg/m2, according to theamount of sun for the day. The starch isfrequently raked over to expose the productuniformly to the sun and accelerate drying.

When the starch reaches a moisturecontent between 12% and 14%, wet basis, it ispacked in sacks for marketing.

Using gravity

The equipment and their supporting structuresof artisanal starch-extraction plants should beinstalled at different levels to take advantage ofgravity during loading and dischargeoperations. Worker fatigue is thus considerablyreduced and the plant’s processing capacityincreased.

See Plate 1 (page 65) andPlans GC-98-100A to GC-98-300B (pages 87-95)

Water consumption

High water consumption by artisanal starch-extraction plants in the Department of Cauca,southwestern Colombia, is a serioustechnological and environmental problem. Anaverage of 15 to 20 m3 of water is used for eachton of processed roots. In Cauca, 60 to 90 l ofwater are used per kilogram of starch. Incontrast, in Brazil where the technology is

better, only an average of 25 l is consumed perkilogram of starch.

This problem is aggravated by:

- Water shortage during dry periods;

- Notable reduction in water flows causedby the felling of forests at the source ofrivers;

- Increase in the processing capacity ofartisanal starch-extraction plants(through recent improvements)—processing larger quantities of rootsrequires more water.

Contamination of rivers generated bywastewaters that carry a high load of organicmatter, creates another problem for waterconsumption. In Cauca, these untreatedwaters pour into rivers at an estimated rate of2000 to 6000 mg of COD1 per liter of effluent.

Technical Description ofEquipment Used in an Artisanal

Starch-Extraction Plant

Root-washing machine

See Plate 2 (page 66) andPlans LAV-98-100A to LAV-98-400C (pages 99-126)

The machine consists of a hopper for receivingroots, a transmission shaft, a perforatedcylinder or drum, a hatch to hold back theroots, and a holding area for washed rootslocated in front of the grater. A concretestructure supports the equipment and channelsthe wastewater. This equipment is batchoperated and has an approximate capacity of1000 kg of roots per hour.

Hopper

This item has an approximate capacity of100 kg of cassava roots. It is constructed of15/10-mm thick sheet steel, and is attached bymeans of bolts and angle irons inserted into thewalls of the concrete structure. The hopper isdesigned to accommodate the washingmachine’s transmission shaft, that passesunderneath the hopper.

1. COD = Chemical oxygen demand.

Functional Description of an Artisanal Starch-Extraction Plant

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Transmission shaft

The 60-mm diameter shaft or central axletransmits movement to the drum. Bearingssupport each end, one of which is fixed on aconcrete wall, and the other of which sits on a100 x 50 mm iron plate and embedded inconcrete. A flat pulley is fixed on the shaft witha lock screw.

Drum

The washing machine’s rotating cylinder ordrum is 700 mm in diameter and 1600 mmlong. It is made from 5-mm thick sheet steel,that has been rolled to form the cylinder. It isperforated with rectangular orifices, measuring120 x 12 mm, arranged in 14 rows of 6 or7 orifices each.

The drum rotates at 40 rpm. It is joined tothe central shaft at its ends by circularsupports, or hub collars, each of which consistsof a sleeve attached to the shaft with lockscrews. Iron plates radiate from the hubcollars, and are attached to a metal ring weldedonto the drum. The radiating plates are placedat an angle, permitting the introduction ofroots.

Four 12-mm diameter iron rods are weldedonto the drum’s inside surface to form a helixand induce an axial movement that facilitatesthe loading, agitating, and discharge of roots.

Exit hatch

The hatch is semicircular and made from2-mm thick sheet metal. It is installed byhinges on 100 x 50-mm iron plate and attachedto the supporting structure (see below). It islocated at the end of the drum where the rootsare emptied. When it is kept closed it retainsthe roots within the washing machine. A barmechanism is used to open, or maintain thehatch in a closed position.

Holding area

The washed and peeled roots are emptiedinto a holding area with a false floor made of10 x 10-mm rectangular parallel bars. Thisholding area drains the roots, permits visualcontrol of washing quality, separates stonesand other small objects, and temporarily holdsthe roots before grating. The false floor can bewithdrawn for cleaning.

Supporting structure

This structure supports the washingmachine and permits the evacuation of thewastewater and solid material. Lateral wallsprevent splashing and separate the area wherethe wastewater is emptied from the area wherethe washed roots are temporarily held. Thearea for evacuating water is shaped like aninverted pyramid with very steep sides, whichensures that the peel and other impurities areadequately removed without need for addingmore water.

Water supply

Water is supplied through pipes positionedat the upper edge of the loading and dischargeends of drum. Flow varies from 2 to 2.5 l ofwater per kilogram of fresh cassava roots.

Root-washing machine specifications

• Capacity: 1000 kg of fresh roots per

hour

• Drum’s dimensions: - length = 1600 mm

- diameter = 700 mm

• Drum’s rotational speed: 40 rpm

• Required water supply: 2 to 2.5 l/kg of fresh roots

Grater

See Plate 3 (page 67) andPlans RAP-98-100A to RAP-98-400B (pages 129-149)

The grater has a support structure, a hopper, ametal chassis, a transmission shaft, and arotor. The grater can work continuously. It hasa maximum capacity of 1700 kg of fresh rootsper hour. The capacity will vary depending onthe wear and tear of the abrasive metal sheetthat covers the rotor.

Hopper

The hopper is chute-like to facilitatereceipt of the washed roots. It rests on thesupporting structure of the washer but is boltedonto the chassis of the grater. It is made from2-mm thick sheet metal.

Chassis

The chassis consists of two 50 x 50-mmangle iron frames embedded in the concrete oneach side of the rotor. These frames support


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the bearings of the rotor’s axle and a casingmade of 4-mm thick sheet steel that maintainsthe roots in position during grating. Anobservation cover, pivoting on hinges andsituated on the upper part of the feed chamber,is used to check the cylinder and prevent pulpfrom being thrown out, or workers’ handscoming into unintentional contact with therotor’s cutting surface.

On the front inside panel of the casing, is a40-mm thick wooden board that almost touchesthe rotor. Its function is to stop pieces ofcassava roots or peel passing through themachine without being adequately grated. Theboard is attached to the casing by screws andcan be adjusted when large lumps appear inthe grated mass.

Some graters are equipped with a screenwith 5-mm diameter circular perforationssimilar to the screens found in hammer mills.The grater’s drum forces pulp through thescreen’s openings. A finer and more uniformparticle size is achieved, which permits theextraction of a larger quantity of starch.

Transmission shaft

The 40-mm diameter transmission shaft issupported by bearings. Movement is providedby a belt attached by flat pulleys to a motor.

Rotor

The rotor is made of trapezoidal woodenbattens supported at each end by two metalrings and arranged in the form of a hollowcylinder, 280 mm in diameter and 400 mmlong. The surface of the cylinder is cover by8/10-mm thick galvanized steel. Beforefastening to the cylinder the galvanized sheet isperforated using a nail, in order to provide arough surface for grating. The rotor is fixed tothe transmission shaft with lock screws andrevolves at 1800 rpm.

Casing

The casing is made of sheet metal or woodand prevents the pulp from spilling out as thegrater operates.

Supporting framework

The grater is supported by bearings thatare anchored on the two lateral walls of the

rectangular storage tank that receives thecassava pulp. This tank’s capacity is at leastequal to the batch of pulp loaded into theseparator. A pivoting PVC pipe allows workersto send a given batch to the availableseparator.

Water supply

Water is sprayed onto the cutting surfacethrough a perforated PVC pipe positioned abovethe rotor. The flow is about 1 l of water perkilogram of fresh roots.

Grater specifications


hour

• Rotor’s dimensions: - length = 400 mm

- diameter = 280 mm

• Rotor’s rotational speed: 1800 rpm

• Required water supply: 0.8 to 1 l/kg of fresh roots

Drum separator

See Plate 4 (page 68) andPlans EXT-98-100A to EXT-98-700C (pages 153-198)

The separator operates in batches with acapacity of 275 kg of fresh roots per hour. Thiscapacity is low, compared with that of eitherthe washing machine or grater. Larger starch-extraction plants therefore install twoseparators in parallel. The separator consists ofa pivoted feed and discharge hopper, acylindrical separating drum, a water supplysystem, and the casing. The separator issupported on a concrete pillar to which themachine’s transmission is attached.

Transmission shaft

A bearing box is constructed locally of twosecond hand conical bearings taken from an oldlorry. The box is bolted onto an angle ironstructure embedded in the concrete pillar. Thebearings support the separating drum bymeans of a 50-mm diameter transmission shaft.The shaft is connected to the separating drumby a circular disk that acts as reinforcement forthe separator drum itself. At the shaft’s otherend, a flat pulley is attached by lock screws,and movement is provided by belts connected toa motor.

Technical Description of Equipment Used...

46

Separator drum

The drum has an exterior diameter of980 mm and is 870 mm long. Its rotationalspeed is 25 rpm. It consists of the followingelements:

• A set of three circular metal plates, eachhaving a different diameter and eachbolted to the circular reinforcement discattached to the transmission shaft. Thethickness of these plates must be sufficient(between 6 and 8 mm) for the whole tohave adequate rigidity and also to providea firm base on which to attach the drum’sinternal elements. An iron ring is weldedonto the circular perimeter of the platewith the largest diameter and which isused to maintain the perforated aluminumsheet and filter cloth in position.

• A circular metal sheet forms a panel on theopposite end of the drum where the pulpenters the separator. The sheet is only2 mm thick to help reduce the hangingweight but is sufficient to provide a firmbase for the drum’s internal elements. Thesheet has a central circular hole throughwhich pulp is fed or discharged. As wasdone for the other end, an iron ring iswelded onto the perimeter of the sheet tomaintain the perforated aluminum sheetand filter cloth in position.

• Inside the drum, six iron rods, 14 or20 mm in diameter, connect the twocircular ends of the drum. On the drum’sinternal surface, six angle irons,measuring 30 x 30 mm, maintain, as dothe six rods, the drum’s sides in position.They also support, by means of screws, sixsets of symmetrical scoops made from15/10-mm sheet metal. These scoops areplaced in such a way that they collect thepulp and water mixture from the bottom ofthe drum and lift it to a certain pointwhere the mixture falls as a cascade. Thisaction serves simultaneously to mix,agitate, and wash the pulp. The scoopsserve to evacuate the bagasse once thewashing operation has finished.

• An essential element of the separator is thecloth, which separates the starch milkfrom the bagasse. It is made of either nylonor muslin, with a mesh of about 100 and is

of the type used for various domestic andindustrial activities. The cloth is installedover the drum’s outside surface supportedby the iron rings, and is nailed at its endsonto a wooden batten. A wooden batten,with a cross-section of 100 x 20 mm, isfastened along the length of the drum toone of the angle irons. Because the clothshrinks when wet, it should be wettedbefore installation so that it will remainconstantly taut during operation. Someprocessors prefer using cotton or linencloths because of better fiber retention.However, these cloths do not last,deteriorating rapidly when processing isnot on a daily basis. Metal cloths could beused, but their high cost and lack ofavailability are serious drawbacks.

• A 10/10-mm thick aluminum sheetperforated in the form of “water drops”, isplaced externally around the drum, andacts as a support for the cloth. Theperforations’ sharp edges face the outsideso not to cut the cloth. Angle irons weldedon to each end of the perforated sheetcome together when the sheet is placed onthe drum. They are positioned against thewooden batten so as not to damage thecloth and bolted together thus maintainingboth sheet and cloth in position.

Feed and discharge hopper

The hopper, which is used to load andempty the separator, is made from 2-mm thicksheet metal. The pivoting action required isachieved with a pair of iron plates welded ontothe hopper and joined, by a swivel joint, to ametal framework embedded in concrete. Thetwo positions—feeding the pulp and dischargingthe bagasse—are achieved with an articulatedlever set in the metal framework and fixed tothe desired position by locking into grooves onthe outside of the hopper’s base.

Supporting structure

The support is a tank, 10 cm deep, locatedunder the separator drum to collect the starchmilk, which leaves through a PVC pipe towardthe reciprocating sieve. A square tank receivesthe bagasse delivered by the hopper in thedischarge position. From the tank’s floor,another PVC pipe leads the bagasse to adrainage tank.


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Casing

The casing consists of two 15/10-mmthick vertical sheets, that continue the verticalwalls of the tank receiving the starch milk, andserve to recover suspension that is projectedthrough the orifices of the separator drum. Thecasing thus reduces starch loss.

Water supply

The drum is fed with water from aperforated pipe that enters the drum along itsaxis and is attached to the same supportingframework as the feed and discharge hopper.Water consumption is about 6.5 l per kilogramof fresh roots.

Drum separator specifications


hour

• Drum’s dimensions: - length = 870 mm

- diameter = 980 mm

• Drum’s rotational speed: 25 rpm

• Required water supply: 6.5 l/kg of fresh roots

Reciprocating screen

See Plate 5 (page 69) andPlans TAM-98-100A to TAM-98-300B (pages 201-214)

To filter the starch milk and remove thesmallest fibers, most artisanal starch-extractionplants use a flat reciprocating screen. Underthe screen is a concrete tank, lined withceramic tiles, which receives the starch milk.The tank is about 300 mm high, and twoframes, in the form of an inverted ‘U’ and madeof 35 x 35-mm angle irons, are attached to thetop of the tank’s walls. On these frames fourvertical pieces of flat belt are attached tomaintain the chassis at a slightly inclinedangle. The sieve, 1200 mm long and 600 mmwide, rests on this chassis.

The chassis’s reciprocating motion isachieved through a coupling rod operated by aneccentric that is made with second hand ballbearings. A 25-mm diameter transmissionshaft, rotating at 200 rpm, transmits movementto the sieve through a flat pulley that isattached to the shaft with a lock screw. Thehorizontal displacement of the chassis is about

40 mm. The starch milk is collected from thetank floor by a PVC pipe that leads it toward thesedimentation channels.

Power transmission

See Plate 6 (page 70) and

Plans TRANS-98-100A to TRANS-98-304 (pages 217-230)

The artisanal starch-extraction plants in Caucaare located in rural regions, close to cassava-producing areas. The electricity distributionsystem is good and power reaches even to theremoter regions. However, climatic phenomenasuch as electric storms or strong windsfrequently affect the system.

To solve the problem of frequent electricitycuts, processors also have a gasoline engine toprovide power during cuts. In these cases, theprocessors manually transfer the transmissionbelt from the electric motor to the gasolineengine. The power provided by the electricmotor is at least 5.5 kW (7.5 hp). The back-upgasoline engine needs to be at least 16 hp.

Movement is provided through a system offlat belts and pulleys. The belts are made ofhighly durable rubber and can be acquired inlocal markets. The motor transmits movementto a principal transmission shaft, which is inparallel to the axes of all the machines. Power istaken from this shaft by further belts andpulleys. The washing machine requires anadditional countershaft because of its lowerrotational speed (40 rpm).

This system presents important limitations,including worker safety and energy wastage. Ineffect, the transmission of power through flatbelts and transmission countershafts, usingonly one motor, is more dangerous to workers.Discontinuous work or work in batches anddifferences in capacity among the differentmachines causes some of these to rotate empty,obliging operators to manually take off thepulley belts, using wooden poles. When thesemust be installed again, the operators do so, atconsiderable risk, while the transmission systemis operating. Some processors prefer to avoidthe risk and do not disconnect the equipment,thus creating power wastage through theunnecessary movement of both washingmachine and grater. The separators, because oftheir lower capacity, are the only machines thatwork permanently throughout the process.

Technical Description of Equipment Used...

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Sedimentation channels

See Plate 7 (page 71) and Diagram 7bis (page 72)

These channels have a cross-section of600 mm wide and 400 mm deep. The idealchannel for creating a laminar flow andachieving a homogeneous sedimentation wouldbe rectilinear and more than 180 m long.Usually, such a construction is impossible fororganizational and space reasons. What iscommonly constructed is a serpentine or set ofseven parallel channels, each 25 m long. Toprevent, as far as possible, turbulence in theflow, the end of each rectilinear channelcurves to form a semicircle that connects it withthe next channel. At the beginning of the firstchannel, where the starch milk falls from thereciprocating sieve, a sand trap about1 m long is constructed. The trap not onlyfilters the starch milk, but also slows its speedand provides a uniform overflow into thechannels.

In the channels only starch sediments.Heavier impurities, such as sand, remain in thesand trap and lightweight impurities leave withthe wastewater at the end of the serpentine.The channels are made of concrete and linedwith ceramic tiles that facilitate cleaning andprotect the concrete from being attacked by theacids in the starch milk.

The wastewater carries a fine sediment(“mancha”). To recover the “mancha” asedimentation tank is constructed at the farend of the serpentine. In addition, at the end ofeach pair of channels, drains are placed tofacilitate the discharge of cleaning waters,which are then led to the “mancha”sedimentation tank.

Fermentation tanks

Fermentation tanks are built of brick, andplastered with cement, and protected on theinside with either ceramic tiles or wood. Thesetanks are placed as closely as possible to thesedimentation channels, standing at the samelevel, thereby reducing fatigue in the workerswho fill them with the sedimented starch fromthe channels. Fermentation is better if thetanks are in shaded, cool sites, and if possibleburied, to help keep temperatures in the tanksuniform.

A tank’s internal dimensions are about1200 x 1400 x 1200 mm high. The starch in thetanks is covered with woven material (of sisalor polypropylene sacking) that is mounted onwooden frames. The woven material allowsgases produced in the fermentation to leavewhile preventing insects from entering.

Pulverizing mill for wet starch

See Plate 8 (page 73) and

Plans EMOT-98-100A to EMOT-98-203 (pages 233-251)

The compact blocks of starch taken from thefermentation tanks are broken up or pulverizedin a mill. The idea is to increase the rate ofevaporation when the starch is exposed to thesun on drying patios. The mill can be located atan appropriate site of the starch-extraction plant,but when it is installed on a chassis with wheels,it can be wheeled up to the fermentation tankbeing emptied.

The mill consists of the followingcomponents: a principal chassis made of angleirons; a transmission shaft; a secondary chassis,also made of angle irons and which carries thecasing for the mill; a rotor; a hopper; and aperforated metal screen. This equipmentrequires a 2.7 kW (3.6 hp) electric motor.

Principal chassis

The chassis is made from angle irons,measuring 40 x 40 mm, and is provided with awheel for each of its four legs. Several angleirons, measuring 25 x 25 mm, are weldedvertically on to the chassis to form a rail on whichthe motor slides to obtain the desired belt tension.

Transmission shaft

The shaft is 25 mm in diameter and isinstalled on two bearings that are attached tothe chassis. At each end of each bearing are twopulleys that form part of the speed-reducingsystem.

Secondary chassis

This chassis is screwed onto the principalchassis and supports two vertical, circular,metal plates, 10 mm thick, that comprise themill’s casing. The two bearings mentioned in theprevious paragraph are bolted onto these twoplates.


49

Rotor

The rotor is made up of a shaft, 40 mm indiameter, mounted on the two bearings of thesecondary chassis. An agitator with fourpaddles is attached to the shaft with lockscrews. The agitator consists of a 5-mm thicktube on which eight thin iron plates,60 x 6 mm, are welded radially. These support,screwed at their ends, four thin wooden planks,measuring 85 x 20 mm, that constitute theagitator’s four paddles. The diameter that theblades circumscribe is about 420 mm. At oneend of the shaft is attached a flat pulley, whichrotates at 280 rpm.

Feed hopper

The feed hopper is made of 15/10-mmthick galvanized steel. It is screwed onto thetwo vertical circular plates of the mill’s casing.The form and position of the hopper facilitatethe introduction of blocks of wet starch andprevent starch from being thrown out of themachine during operation.

Perforated metal screen

The screen is made of 15/10-mm thicksheet metal, with numerous perforations, 5 mmin diameter. It is screwed underneath the rotoronto the two vertical circular plates and thesides of the casing, forming a circular sectionof 260º.

Electric motor

The electric motor is installed on themachine so that the mill can be moved todifferent parts of the plant.

Drying area

The pulverized starch is spread over blackpolyethylene plastic laid out on concrete patios.As the starch dries in the sun, the plastic’sblack color accelerates drying. If it rains, thestarch is collected into the center of the plastic,which is folded over it, thus protecting thestarch from getting wet. A large patio is neededbecause only between 1 and 2.5 kg/m2 can bedried daily.

Drying is the major constraint to cassavasour-starch production, for two reasons: thehigh cost of concrete patio construction andunfavorable climatic conditions in the areas ofstarch production.

Tanks for drainage and byproductstorage

These tanks are constructed to one side of theprocessing plant, and are used to collect peeland bagasse obtained during root washing andstarch extraction. These byproducts are ledfrom the processing machinery by buried pipesto the tanks. To recover the bagasse, usuallytwo contiguous tanks, 5 x 3 x 1.5 m high, areconstructed. The walls are either of concrete orof building bamboo.

At the first tank, the bagasse arrivesdirectly from the separator, together with thewater necessary for its transportation. Thewater drains through the tank’s bamboo grillefloor. When the bagasse is drained, but stillwith an 80% moisture content, it is passed onto the next tank, where it is stored. Usually,the bagasse is not dried at the starch-extractionplant because of the lack of space, but sold tointermediaries who dry it along roadsides andmarket it as an ingredient for animal rations.

Designing and ManufacturingEquipment and Components

Cassava sour-starch production is still at anartisanal level. However, the equipmentdeveloped by processors and mechanics of thearea is easy to construct, with accessible prices,and ready adaptability to users’ needs.

Gradually, innovations in plant andmachinery have been introduced to serve threeneeds: to reduce worker fatigue, to increaseproduction, and, logically, to reducemanufacturing costs. For the last reason, partsrecovered from heavy lorry vehicles, such asaxles and bearings, are used. Except for theabrasive lamina in the grater and the sievingcloth, maintenance is minimal. A process oftrial and error has determined the types ofbearings, dimensions of transmission axles, andthe most suitable and durable materials formaking the equipment. Materials are readilyobtained in neighboring cities. The equipmentis easily made and maintained by those localworkshops that have the following tools:

- Oxyacetylene equipment to cut andweld metals

- Electric soldering equipment

- Column drill

Technical Description of Equipment Used....

50

- Cutter and grinding stone

- Work bench

- Vice (vise)

- Basic hand tools

Recommendations

Washing machine

The washing machine’s drum is made ofsheet steel, 5 mm thick, and has a set ofrectangular apertures, measuring 120 x12 mm, through which peel and impuritiesleave the machine.

• If appropriate equipment is available, theseapertures can be made by drilling themetal sheet before it is rolled to form thedrum.

• Manufacturing costs can be reduced byabout one third if the metal sheet is rolled,welded, and perforated, using oxyacetylenecutting equipment. Marks to indicate theposition of the perforations can be simplymade on the metal sheet because neitherthe dimensions nor location of these holesrequire particular precision.

Grater


Two metal wheels, each consisting of adisk welded to the inside of a ring, are attachedto each end of the rotor’s axle.

• The disk is cut from plate metal withoxyacetylene equipment and polished withgrinding stone. The ring is also cut fromplate metal, but one that is easily formedin the workshop. It is then welded ontothe disk.

• The wooden battens that form the cylinderare screwed onto the periphery of therotor’s two rings. The wood used for thebattens should have a density of about900 kg/m3 and should be resistant todeformation and to the high humidityexperienced during operation.

• The grater is made of galvanized steel toprevent oxidation and is 8/10 mm thick.The rural mechanic is likely to buy anentire sheet, then cut sections according to

the dimensions of the machine requested.The cut sheet should have protruding andrough perforations.

• The space between perforations, both inrows and columns, is equidistant at12 mm. To make the perforations, the cutand marked sheet is placed on a pile ofsisal sacks and, with a wooden hammer,an iron nail, measuring 5 x 80 mm, ishammered through at each mark, andremoved, leaving the perforation.

• The perforated sheet is then rolled onto thewooden cylinder (i.e., the drum) so that thetwo edges overlap about 1 cm. They arethen fixed onto the wooden cylinder withnails. Some processors rehabilitate aworn-out sheet by taking it off the cylinderand hammering the nail through the holesagain, so that the cutting edges of theperforations recover their sharpness.

Drum separator

See Plates 10 and 11 (pages 75-76)

The drum separator’s transmission shaft ismade from part of a fractured axle of a truck’stransmission, its length being modifiedaccording to the user’s need. By beingincorporated into the separator, the broken axlerecovers its function!

• The shaft is sustained by two conical,double-row, ball bearings installed in acylindrical box. They are kept in positionby a system of tensors made in theworkshop, also with recovered materials.The bearings are obtained from localworkshops specializing in the sale of usedparts of power-transmission systems. Thebox is made from an iron pipe, which iscut along the axle to form two halves. Onehalf is then hinged back on to the otherhalf to form a lid for the box. Thenecessary axle bearings are then madefrom iron plates and welded onto the box.The bearings are lubricated by splashesfrom oil stored on the box’s floor.

• The perforated metal sheet that covers andsupports the sieving cloth is made of10/10-mm thick aluminum. This materialis highly resistant to corrosion and highlymalleable. To make the perforations, the


51

sheet is marked, placed on a softwoodboard, and struck through with a punchat the marks to make holes with adiameter of 10 mm. The blows are madein such a way that the orifice edges standout to form shapes like drops of water.The perforations are about 50 mm apart,and the distance between lines ofperforations is 25 mm. The punch hasan exterior diameter of 15 mm. Thepointed end is 12 mm long and 9 mm indiameter.

Pulleys


The pulleys used in the starch-extractionplant are made locally. A pulley comprises abushing, spokes, and an external ring. The ironbushing is attached to the transmission axlewith lock screws. The pulley’s arms or spokesare made of iron rods welded onto the bushingand onto the pulley’s external ring. Thisexternal part is made with a folded and weldedplate to form the ring on which the flat, power-transmission band works. Processors alsofrequently use aluminum pulleys, which areobtained from urban stores.

Machine installation

All the equipment presented in this manual arecurrently functioning in many artisanalstarch-extraction plants in Cauca. These smallsour-starch factories, whose capacity reaches1 t of product per hour, have proliferatedbecause of:

- The equipment’s simple design and easymaintenance;

- Availability of rural mechanics whowere trained in the production area;

- Innovations by processors,technicians, and researchersinterested in the sector.

Working conditions have been improvedand factory production increased byintroducing sedimentation channels andpositioning equipment at different levelsthroughout the plant. The different levels helpworkers make use of gravity for loadingmachines and discharging byproducts.

Current worker safety standards couldbecome a problem if the equipment’stransmission system is not improved.Mounting an electric motor for each machinecould help improve the situation. Informationso far obtained suggests the following power:

- Washer-peeler: 1.1 kW (1.5 hp)

- Grater: 3.7 kW (5.0 hp)

- Drum separator: 1.1 kW (1.5 hp)

The frequent energy cuts in rural areaswhere the Colombian starch-extraction plantsoperate require either the additionalinstallation of gasoline engines, or of an enginepowered electricity generator.

The water supply needed for starchextraction constitutes another serious problemthat requires further research. First, waterconsumption is very high (up to 20 m3 per tonof roots) and generated wastewatercontaminate the area’s rivers. Second, watercomes from nearby rivers and springs and,while it is abundant during rainy seasons, it islimited to such an extent in the dry seasonsthat plants are sometimes obliged to suspendoperation.

Two possible solutions have been studied:(1) to use hydrocyclones to concentrate thestarch milk and return part of the water to theseparators, and (2) to reuse the washing waterand the water that leaves the sedimentationchannels. However, these solutions imply theuse of other equipment (e.g., motor pumps,filters, pipes, and decanting tanks) that aredifficult to acquire, given the processors’limited economic capacity.

Designing and Manufacturing Equipment and Components

53

Acrónimos mencionados en las referencias.

Acronyms mentionnés dans les référencesbibliographiques.

Acronyms mentioned in the references.

AFSRE = Association for Farming SystemsResearch-Extension

AJRTC = African Journal of Root and TuberCrops

AMIS = Amélioration des méthodes pourl’innovation scientifique(departamento del CIRAD, ver)

CECORA = Central de Cooperativas de laReforma Agraria, Colombia

CETEC = Corporación para EstudiosInterdisciplinarios y Asesoría Técnica

C.I. = Centro de Investigaciones (del ICA, ver)

CIAT = Centro Internacional de AgriculturaTropical

CIID = Centro Internacional deInvestigaciones para el Desarrollo,Canadá

CIRAD = Centre de coopération internationaleen recherche agronomique pour ledéveloppement, Francia

CUAO = Corporación Universitaria Autónomade Occidente, Colombia

FINANCIACOOP = Instituto de Financiamiento yDesarrollo Cooperativo, Colombia

ICA = Instituto Colombiano Agropecuario

IICA = Instituto Interamericano deCooperación para la Agricultura

INIAP = Instituto Nacional de InvestigacionesAgropecuarias, Ecuador

ISTRC = International Society for TropicalRoot Crops

ORSTOM = Institut français de recherchescientifique pour le développement encoopération, Francia

PRODAR = Programa de Desarrollo de laAgroindustria Rural de América Latinay el Caribe

SAR = Systèmes agroalimentaires et ruraux(actualmente AMIS, ver)

SEDECOM = Servicio para el Desarrollo del SectorCooperativo y Microempresario

UNIVALLE = Universidad del Valle, Colombia

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à en in, atadmission admisión intake, feedaigre agrio souralimentation alimentación supply (supplying), feedingaluminium aluminio aluminumamidon almidón starchamovible removible removableannée año yeararbre árbol, eje shaft, axisarête tranchante arista cutting edge (of a perforation)arrosage ducha, aspersión, chorro spraying, showerarticulation articulación de pasador pin-jointartisanale artesanal artisanal, craftaube cuchara troughaxe árbol, eje axis, shaft

bague buje, argolla bushing, sleeve, collarbâtiment edificio, construcción facility, infrastructurebatteur molino triturador crusherbéton concreto, hormigón concretebielle biela coupling rodbloc bloque blockbois madera woodboîtier caja case, box, gearboxbout à bout de extremo a extremo out to outbroyeur molino quebrador pulverizing mill, grinder, crusher

cadre marco (chasis) framecadre vibrant marco vibrante vibrating framecame leva camcamion camión truckcanal canal channelcanaux canales channelscapot capó, cubierta cover, capot, casecarré cuadrado squarecarter cárter housingcarter de protection ‘carcaza’ projection guardchalumeau soplete blowtorchcharnière bisagra hingechassis chasís, marco chassiscompris incluido includedcornière angulo angle, iron anglecote dimensión. cota dimensioncôté lado sidecoupe corte cut, sectioncours curso coursecylindre cilindro cylinder

Glosario - Glossaire - Glossary

Este glosario sirve de clave para traducir laspalabras empleadas en las leyendas de lasláminas (planches) y en los planos (plans) deeste manual, que están en francés.

Use this glossary as a key to help youunderstand the captions of the plates (planches)and plans (plans) of this manual, which onlyappear in French.

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découpe ranura slot, groovedéflecteur deflector deflectordensité densidad densitydéposé depositado settleddessin diseño designdessus arriba topdétail detalle detaildeuxième segundo(a) seconddéveloppement desarrollo developmentdouble doble doubledroit(e) derecho(a) right

échelle escala scaleeclaté despiece exploded viewegouttage escurrimiento drainageelastique elástico elasticemboutissage empotrado embeddedemotteur molino mill, grinder, crusheremporte pièce punzón, cincel punch, cutting punchencastrement empalme butt jointensemble ensamble assemblyentrée entrada inlet, entryentretoise soporte supportepaisseur (=ep) espesor thicknesséplucheuse peladora peeleret y andexcentrique excéntrica eccentric (wheel, disc)extracteur coladora, tamiz sifter, strainerextraction extracción extraction

fabrication fabricación manufactureface frente (frontal) frontfait(e) hecho(a) madefer plat platina de hierro flat iron girderfer rond varilla de hierro round iron girderfibres fines afrechillo residues (fibrous)fibres grossières afrecho bagasse (residues)filete filete, rosca threadfixation fijación fasteningfixe fijo fixedfixer fijar attachflasque costado sidefunction función function

galvanisé (galva) galvanizado galvanized

gauche izquierda leftgénéral(e) general generalgénie civil estructura civil supporting frameworkglissière riel railgoujon tornillo pingoulotte tolva hoppergravité gravedad gravitygrille rejilla grille, grate

indexeur fijador pointer, index

installation instalación installation

intérieur interior interior


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interne interno intern

joindre unir join

largeur ancho widthlaveuse-éplucheuse lavadora–peladora washer peelerlevier palanca leverliaison unión joint, linkligne línea linelongueur longitud length

machine máquina machinemaçonnerie mampostería, concreto brickworkmanioc yuca cassavamatière material materialmeulées amoladas, limadas grindedmontage montaje layoutmouvement movimiento movementmoyeu rin hub, collar

orifice orificio opening, moutyoutillage herramienta tool

pale aspa paddlepalier chumacera axle bearing bushingparois pared, muro panel, wallpassage paso passage, wayperçage hueco hole, hollowperforation perforación punchperspective perspectiva perspective viewpivotant pivotante pivotingpivoter pivotar pivot, revolveplanche lámina plate (thin metal)plaque lámina, placa plate (thin metal)plat platina platen, steel flatplat(e) plano(a) flatplate-forme plataforma platformplatine platina platenpoinçon punzón punchposition posición positionpositionnement posición, establecimiento positioningpoulie polea pulleypour para forpremier primero(a) firstpression presión pressureprévoir prever take into account, allowprincipal principal main, principalproduction producción production

racines raíces roots

ramassage cosecha harvest

rampe tubo perforado spray bar

râpe rallo grater

rayon radio spoke

réalisation realización realization

récupération recuperación recovery, salvageréglable regulable adjustable

Glosario - Glossaire - Glossary

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renfort refuerzo reinforcementreprésentation representación representationrivet remache rivetrond barra, varilla bar, rodrondelle disco washerrotor rotor rotorrotule rótula hinge jointroue rueda wheelrouleaux à rotule rodamiento de rótula bearingroulement rodamiento bearing

scellé empotrado embeddedschéma esquema diagramsecondaire secundario secondarysédimentation sedimentación sedimentationsimple simple simplesortie salida outletsouder soldar weldstockage almacenamiento storagesupport soporte supportsur sobre onsymmétrique simétrica symmetrical

tambour tambor drumtamiseur tamiz, coladora sievetaraudage perforacion tappingtasseau listón piece of woodterrain terreno terraintige barra, varilla bar, rodtoile tela, tejido, lienzo cloth, muslintôle lámina layer, sheet metaltôle perforée criba screentour torno lathetransformation procesamiento processingtransmission transmisión transmissiontrappe compuerta hatchtrémie tolva hoppertroisième tercero(a) thirdtrous hueco hole, hollow (adj.)tube tubo pipe

unité1 unidad1 plant1

vibrant vibratorio vibratingvidange vaciado emptyingvis tornillo bolt, screwvis pression tornillo prisionero lock screwvue de côté vista lateral side viewvue de dessous vista inferior bottom viewvue de dessus vista superior top viewvue de droite vista derecha right viewvue de gauche vista izquierda left viewvue éclatée despiece exploded viewvue en coupe vista de sección section viewvue générale vista general general view

1. unité de transformation de manioc en amidon = ‘rallandería’ = starch-extraction plant (artisanal).


Publicación CIAT No. 323

Proyecto SN-1: Desarrollo de Agroempresas Ruralesy

Unidad de Comunicaciones

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Almidón agrio de yuca en Colombia; Tomo 2: Planta ...Le CIRAD, Centre de coopération...

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