UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINAFACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

2014I. INTRODUCCINEl trmino molienda serefierealapulverizacinyaladesintegracindelmaterialslido.Especficamente,la desintegracin se refiere a la reduccin del tamao de agregados de partculas blandas dbilmente ligadas entre s. Es decir, que no se produce ningn cambio en el tamao de las partculas fundamentales de la mezcla. La pulverizacin, por su parte, implica la reduccin del tamao de laspartculas fundamentales de las sustancias.La molienda es muy importante en la industria alimentaria, ya que facilita la extraccin deun constituyente deseado que se encuentre dentro de la estructuradel slido, como la obtencin de harina a partir de granos yjarabe a partir de la caa de azcar. Adems, se pueden obtener partculas detamao determinado cumpliendo con unrequerimiento especfico del alimento, como ejemplo el azcarpara helados, preparacin de especies yrefino del chocolate. Tambin debido al aumento de la relacinsuperficie-volumenincrementando lavelocidadde calentamiento o de enfriamiento, la velocidad de extraccin de un soluto deseado, etc. Y por ltimo, si el tamao de partculas de losproductosa mezclarse es homogneo y de tamao ms pequeo que el original, la mezcla se realiza ms fcil y rpido, como sucede en la produccin de formulaciones, sopas empaquetadas, mezclas dulces, entreotros.Finalmente, la reduccin de tamao consiste en que eltamao medio de los alimentos slidos es reducido por la aplicacinde fuerzas de impacto, compresin, cizalla (abrasin) y/o cortado. La compresin se usa para reducir slidos duros a tamaos ms o menos grandes. El impacto produce tamaos gruesos, medianos y finos, la frotacin o cizalla, produce partculas finas y el cortado se usa para obtener tamaos prefijados.

II. REVISIN BIBLIOGRFICAEl molino de martillos consiste en un dispositivo rotativo de eje horizontal o vertical sobre el cual van unidos los martillos mediante un buje (Figura 1). Los martillos son unas barras metlicas que pueden ir o no unidas solidariamente al buje, denominndose martillos fijos o flotantes, respectivamente. Los martillos flotantes se despliegan en rotacin alcanzando su dimetro mximo y estableciendo de este modo el mnimo dimetro de la cmara de molienda. (SEBASTIN, F. 2010)La cmara de molienda se encuentra confinada por una malla cuya luz determina el tamao mximo del producto final, ya que la partcula no puede abandonar la cmara de molienda hasta que posee al menos dos de sus dimensiones inferiores a dicha luz. (SEBASTIN, F. 2010)Figura 1. Buje y martillos flotantes

Fuente: SEBASTIN, F. (2010)Este tipo de molino es ampliamente usado debido a que presenta: Alto ratio de reduccin de tamao de partcula Flexibilidad en el material a moler Simplicidad en su diseoEn el molino de martillos, la accin de rotura del material tiene lugar principalmente por el impacto de este contra los martillos en rotacin, en donde la energa de impacto es igual a la energa cintica relativa de la partcula. (SEBASTIN, F. 2010) Si la energa de impacto es lo suficientemente alta como para generar ruptura, los fragmentos resultantes pierden energa de deformacin, resultante del impacto, por conversin en tres acciones: (SEBASTIN, F. 2010) En energa de generacin de las nuevas superficies En daos internos de la partcula En generacin de calor producido por relajacin del estado de compresinAunque el principal impacto es el ocasionado entre el martillo y la partcula, existen otros impactos dentro de la cmara que tambin generan fractura: impacto partcula-partcula e impacto partcula-malla. (SEBASTIN, F. 2010)Los resultados obtenidos con la molienda de martillos estn condicionados por una serie de variables:1) Variables de diseoSobre la influencia de las variables relacionadas con el diseo y la disposicin de los elementos constructivos se pueden destacar:a) Eje horizontal o verticalEl eje con el que giran solidariamente los martillos puede estar dispuesto horizontal o verticalmente. Nikolov (2002) mostr que la energa de impacto por unidad de masa es menor para molinos de eje horizontal que los de eje vertical, produciendo estos ltimos una mayor cantidad de pequeas partculas, por lo que seran ms adecuados en aplicaciones que requieren de una mayor reduccin granulomtrica.b) Velocidad en puntaLa velocidad en punta es la velocidad del martillo en el extremo ms alejado del eje del molino, Los molinos de martillos pueden clasificarse por la velocidad de giro de estos en: molinos de alta (~3.600 rpm) o baja (~1.500 rpm) velocidad. El rango tpico de la velocidad en punta en molinos de martillos se sita entre 83 y 117 m/s. Los molinos de alta velocidad con pequeo dimetro de martillos son apropiados para producir mayor cantidad de partculas de menor tamao o para moler materiales duros.La velocidad angular de los martillos influye en el ngulo de incidencia de la partcula contra la malla. En molinos de altas velocidades, el giro de los martillos provoca un flujo parcial rotatorio de aire-partculas dentro de la cmara de molienda que favorece un flujo relativamente paralelo de las partculas a la superficie de la malla lo cual provoca un aumento del ngulo de incidencia entre la trayectoria de la partcula y la normal de la malla. Este hecho ocasiona que las aberturas de esta sean solo parcialmente efectivas para la evacuacin de las partculas. A menores velocidades, el material incide en la malla con un menor ngulo incrementando la probabilidad de que la partcula acabe travesando la malla. (SEBASTIN, F. 2010)c) Forma y luz de la mallaLa luz es el parmetro fundamental en el diseo y seleccin de la malla. La luz de la malla fija el tamao mximo de las partculas obtenidas. Este parmetro tambin tiene una influencia decisiva en otros parmetros de operacin como la capacidad de molienda, el tiempo de residencia de la partcula en la cmara de molienda o el consumo especfico energtico de molienda. (SEBASTIN, F. 2010)En caso del uso de luces de malla pequeas (luz < 2mm), se pueden generar dos problemas: Mayor probabilidad de obturacin de los orificios y, por tanto, una disminucin de la superficie efectiva de la malla que conlleva a una menor capacidad de molienda. La fabricacin de mallas de luces pequeas pueden limitar el espesor de la malla y, por tanto, su resistencia mecnica ante las tensiones generadas en el interior de la cmara de molienda. La eleccin de un material que soporte dichas tensiones es vital para asegurar la integridad de la malla y evitar roturas o grietas por las cuales puedan fugar partculas de mayor tamao del deseado.En el diseo de la malla se deben tener en cuenta otros elementos constructivos como: la superficie efectiva, el patrn de los orificios y la geometra de los agujeros, que normalmente es circular. La superficie efectiva es el rea de los orificios, a travs de la cual pueden pasar las partculas, entre el rea total de la malla. El patrn de los orificios (Figura 2) tiene que ver con la disposicin de estos. El patrn puede ser en cruceta o en lnea. EL orificio en cruceta a 60 es el ms extendido debido a la mayor resistencia que confiere a la malla y al amplio rango de reas de orificio que permite. (SEBASTIN, F. 2010)Figura 2. Patrones de orificio redondo en crucetas y de orificio cuadrado en lnea

Fuente: SEBASTIN, F. (2010)Por ltimo, las mallas son instaladas de dos modos para molinos de eje horizontal: una malla circundando totalmente la cmara de molienda (360), o una malla que est instalada en un ngulo en torno a los 180 por debajo de dicha cmara (en funcin de la boca de alimentacin). La primera configuracin reduce la cantidad de material rotando en el interior de la cmara, debido a su mejor capacidad de evacuacin, y permite obtener partculas con tamao ms cercano a la luz de la malla. Esta configuracin es apropiada para procesos de molienda de materiales duros. La segunda configuracin permite un cambio ms sencillo de la malla (Hoque et l. 2007) aunque presenta como inconveniente la disminucin del rea efectiva de la malla y, por tanto, se incrementa el tiempo de residencia de la partcula en el interior de la cmara, lo que puede limitar la capacidad de molienda.d) Boca de alimentacinLa alimentacin puede efectuarse por diferentes entradas al molino. Generalmente se realiza por gravedad por la parte superior del mismo. En este diseo se produce una distribucin ms uniforme del material entre los martillos. Sin embargo, la entrada del material a la cmara de molienda obliga a recortar la parte superior de la malla y, por tanto, la superficie libre de esta disminuye.La alimentacin tambin puede efectuarse por la parte frontal del molino. En este caso se produce un peor contacto del material con los martillos pero la superficie libre de malla es mayor al poder rodear completamente la cmara de molienda. (SEBASTIN, F. 2010)

e) Nmero y diseo de los martillosEl martillo es el elemento principal en la molienda por impacto. Su forma, distribucin y nmero influyen tanto en los consumos energticos registrados como en las caractersticas del producto obtenido. El adecuado diseo es aquel en el que se consigue el mximo contacto con el material alimentado.Independientemente del diseo del propio martillo, se debe considerar la distancia entre la punta de los martillos y la malla que circunda la cmara de molienda. Esta distancia se estima entre 12 y 14 mm en molienda de cereal y sobre los 5 mm para materiales fibrosos (Hoque et l., 2007).

2) Variables de operacinUna vez desarrollados los factores de diseo o de disposicin de los elementos, se detallan los factores de operacin:a) Caudal de alimentacin o capacidad de moliendaEl caudal de alimentacin depende tanto de las variables de operacin del molino como de las propiedades fsicas iniciales y finales de la materia prima. Todos estos factores condicionan el tiempo de residencia de la partcula en el interior de la cmara de molienda. Las condiciones que aumentan el tiempo de residencia (menor luz de malla, recursos ms duros o tamaos de partcula mayores en la entrada, etc.) provocan una recirculacin interna del material en la cmara de molienda. Dado que el molino puede soportar una concentracin mxima de partculas en la cmara de molienda en funcin de los factores enunciados, un aumento del caudal de recirculacin representa una disminucin del caudal de alimentacin de material bruto admisible. (SEBASTIN, F. 2010)b) Salida del materialLa salida del material del molino puede efectuarse por gravedad o por la depresin que se genera cuando el equipo est conectado a un sistema de transporte neumtico que aspire las partculas. (SEBASTIN, F. 2010)c) Horas de funcionamiento y vida til del molino, de los martillos y de la mallaAunque estos parmetros tienen menor influencia en las caractersticas finales del producto o en los consumos energticos, se debe tener en cuenta en el clculo de volmenes de produccin y en la planificacin de los periodos de mantenimiento y sustitucin de los elementos del equipo. (SEBASTIN, F. 2010)d) Contenido en humedad de la biomasaExiste cierta divergencia en la aseveracin de una tendencia general de los consumos energticos de molienda en funcin del contenido de humedad del recurso molido. La tendencia ms comn muestra un aumento del consumo al incrementarse el contenido de humedad del recurso. En casos de recursos muy hmedos no es recomendable llevar a cabo su molienda son un secado previo puesto que el agua contenida en el material realiza una accin de compactacin del material molido contra la malla interna del molino. Esto conlleva la disminucin de la superficie especfica de la malla, lo cual se traduce en un incremento del tiempo de residencia de las partculas, un descenso en el caudal de alimentacin admisible y, por tanto, un incremento en el consumo energtico especfico de molienda (consumo por tonelada de material, kWh/t). (SEBASTIN, F. 2010)

Los molinos de martillos estn provistos de un rotor al cual estn adaptadas lminas metlicas (martillos), de tal manera que pueden oscilar libremente. En la Figura 3 pueden observarse esquemas de molinos de martillos. (SHARAPIN, N. 2000)1. Entrada de materia prima 2. Martillos 3. Malla

Figura 3. Esquema de molinos de martillos

Fuente: SHARAPIN, N. (2000)El tamao de partcula del producto est en funcin de la abertura de la malla adaptada al molino. El material que va a ser molido es triturado contra las paredes del molino y empujado a travs de las aberturas de la malla. (SHARAPIN, N. 2000)Figura 4. Malla para la seleccin del material acoplada al molino de martillosFuente: SHARAPIN, N. (2000)III. DESCRIPCIN DEL TALLER3.1. Lugar de ejecucin: Planta Piloto de Alimentos (TAPA) en la Universidad Nacional Agraria La Molina. 3.2. Fecha de ejecucin: martes 15 de abril del 2014.3.3. Materiales :- 1 Kg de trigo- Vernier- Bolsas- Cinta de embalaje- Plumn- Regla 3.4. Mquina observada: Molino de MartillosFigura 5. Molino de martillos de la PPA

3.5. Especificaciones tcnicas de la mquina:- Caractersticas Tcnicas:El molino de martillos est construido de acero inoxidable. Cuenta con un motor de potencia 6.6 HP. Adems el eje presenta 1745 RPM.- Caractersticas elctricas: La intensidad de corriente elctrica es de 18 A. Su frecuencia es de 60 Hz. De un voltaje de 220 voltios.

3.6. Clculos Rendimiento del producto=906,4g/1000g = 0.9064 o 90.64 %. Densidad del tamiz120 agujeros/100 cm2 =1.2 agujeros/cm2 Dimetro de los agujeros del tamizDimetro prom = 3.811 mm

V. DESCRIPCIN DEL MECANISMO DE FUNCIONAMIENTOLa materia prima a moler se ingresa por la parte superior, por la tolva; encendiendo a la vez el molino que a esta conectado a la fuente elctrica, para que el motor encienda, gire la faja que transmite el movimiento a un eje al que est conectado los martillos. Estos giran a gran velocidad creando roturas por impacto de la materia prima ingresada en la parte interior del molino. Debajo de estos martillos que siguen girando, se encuentran unas cribas o tamices que presentan agujeros con similares dimetros determinando el tamao mximo de la partcula molida, ya una vez molidos caen sobre estas cribas y pasan si presentan el dimetro adecuado, si no se quedan siendo golpeados por los martillos hasta que obtengan el dimetro necesario. Al final se recepciona lo molido por la parte inferior (zona de descarga). El equipo se apaga luego de haber terminado toma la muestra a moler, primero se apaga en el tablero y luego se desconecta. Al final se observa que no todo lo molino sale del equipo, por ello es necesario levantar la parte de la tolva y carcasa del molino para retirar los tamices y poder limpiarlos as como en el interior. Quizs con el uso de este equipo, los martillos puedan acabarse poco a poco, por lo que se da la opcin en muchas veces de usar los otros extremos de los martillos que estn conectados al carril. Posterior al empleo del molino de martillo se desconecta y limpia tanto adentro como afuera de este.VI. EVALUACIN DE LA MQUINAEl equipo observado (molino de martillos) se encuentra actualmente operativo, sin embargo, debido al escaso mantenimiento que se le ha otorgado desde su adquisicin, es necesario cada vez que se requiere utilizar, acondicionarlo para reducir la prdida de materia prima y la operacin manual de al menos dos personas para tratar de maximizar la efectividad del equipo, que aun as es baja.Adems de las prdidas de materia prima, otras consecuencias del estado actual del equipo es que genera suciedad y contaminacin del aire, pudiendo afectar a las personas que se encuentran operndolo.De esta manera, se pudo observar que si bien el equipo est operativo, su manejo es muy tedioso y no se pueden obtener ptimos resultados.VII. CONCLUSIONES El molino de martillos observado se caracteriza por ser de acero inoxidable, lo cual garantiza que el producto que se obtenga cumpla con los requisitos sanitarios para su consumo. Cuenta con un motor de potencia 6.6 HP y una velocidad de funcionamiento de 1745 RPM, gracias a lo cual se pudo obtener el producto rpidamente. El rendimiento del equipo result ser de 90.64%, lo que demostr su baja efectividad, debido a la gran prdida de materia prima durante el proceso. La densidad del tamiz fue 1.2 agujeros/cm2 y el dimetro promedio de los agujeros del tamiz fue 3.811 mm, lo que evidenci que el tamiz cuenta con una adecuada capacidad de reduccin del tamao de las partculas.VIII. BIBLIOGRAFA HOQUE, M.; BANU, A.; NAKAMURA, Y.; SHIMOISHI, Y.; MURATA, Y. 2007. Exogenous proline mitigates the detrimental effects of salt stress more than the betaine by increasing antioxidant enzyme activities. J Plant Physiol 164:553-561. NIKOLOV, S. 2002. A performance model for impact crusher. Minerals Engineering, 15:715721. SEBASTIN, F. 2010. Energa de la biomasa (volumen I). Primera edicin. Editorial Prensas Universitarias de Zaragoza. Espaa. SHARAPIN, N. 2000. Fundamento de tecnologa de productos fitoteraputicos. Primera edicin. Editorial Convenio Andrs Bello. Colombia.