TEMA: REDUCCION DE TAMAO

En muchas operaciones de la industrializacin de los alimentossuele ser una necesidad frecuente desmenuzar los slidosmediante la aplicacin de fuerzas mecnicas.

La reduccin de tamao es aquella operacin unitaria en la que eltamao medio de los alimentos slidos es reducirlo por laaplicacin de fuerzas de impacto, compresin y cizalla. A lapulverizacin y formacin de partculas de muy pequea se ledenomina tambin trituracin.

Muchos materiales slidos se presentan con dimensionesdemasiado grandes para su uso por que se deben reducir. Confrecuencia, la reduccin de tamao de los slidos se lleva a cabopara poder separar sus diversos ingredientes. En general, lostrminos trituracin y molienda se usan para denotar lasubdivisin de partculas solidas grandes en partculas maspequeas.

En la industria de procesamiento de alimentos, gran nmero deproductos alimenticios se somete a una reduccin de tamao.

Las razones para la reduccin de tamao son diversas:

La reduccin de tamao puede facilitar la extraccin de un constituyente deseado, contenido en una estructura compuesta, como sucede, por ejemplo, en la obtencin de harina a partir de granos de trigo o jarabe de caa.

La reduccin a un tamao definido puede ser una necesidad especifica del producto, como sucede, por ejemplo en la elaboracin de azcar para helados, en la preparacin de especias y en la refinacin del chocolate.

Una disminucin del tamao de la partcula de una masa dada del solido producto conduce a una aumento en la superficie del solido, aumento en superficie que sirve de ayuda en muchos procesos de velocidad, por ej:

a) El tiempo de secado de los slidos hmedos sereduce mucho aumentando su rea superficial.

b) La velocidad de extraccin de un solutodeseado crece al aumentar el rea de contactoentre el solido y el disolvente.

c) El tiempo necesario para ciertas operaciones horneo, escaldado, etc. Se puede reducircortando, taladrando o troceando lassustancias sometidas al proceso.

d) La mezcla intima, corrientemente, es mas fcilcon las partculas de tamao mas pequeo, loque constituye una consideracin importanteen la elaboracin de sopas empaquetadas,mezclas dulces (pasteles), etc., por formula.

Los diferentes sistemas de reduccin de tamao seclasifican de acuerdo con el tamao de partculaobtenido de la siguiente forma:

1. Corte en tacos, rebanadas o rodajasa. De grande a medio (queso, filetes para estofar,

corte de la fruta en rodajas para su envasado)b. De medio a pequeo (judas verdes, rebanadas y

cubitos de zanahorias)c. De pequeo a granular (carne picada, nueces y

verduras troceadas)2. Molienda a polvo o pasta de finura (diversos

productos granulados-especies-harinas-nctares de frutas- azcar en polvo-almidones-pastas finas)

3. Emulsin y homogeneizacin (mayonesa, leche, aceites esenciales, mantequilla, helados y margarinas)

En la mayor parte de la maquinaria de reduccin de tamao se hace uso de tres tipos de fuerzas.

A continuacin se mencionan los tipos de fuerzas que predominan en algunas trituradoras de uso frecuente en la industria de los alimentos.

FUERZA PRINCIPIO APARATO

Compresin Compresin (cascanueces) Rodillos trituradores

Impacto Impacto (martillo) Molino de martillos

Cizalla Frotamiento (piedra de molino)

Molino de discos

Las fuerzas de compresin se utilizan para laruptura grosera de productos duros.

Las fuerzas de impacto se pueden considerarcomo fuerzas para uso general, emplendoselespara la molienda fina, media y gruesa de unagran variedad de productos alimenticios

Las fuerzas de frotamiento o cizalla se utilizaextensamente en aparatos para la trituracin desustancias blandas no abrasivas en los tamaosmas pequeos, por ejemplo, en la moliendafina.

El termino trituracin (crushing) se aplica generalmente al desmenuzamiento de materiales groseros hasta tamaos del orden de 3 mm.

Molienda es en cambio un termino empleado para referirse a la obtencin de productos en polvo.

La trituracin esta frecuentemente asociada a la aplicacin de fuerzas de comprensin y la molienda a la de fuerzas de cizalladura.

El objetivo principal de un proceso dereduccin de tamao es obtener la reduccin detamao deseado al costo mnimo. En general,ser necesario conocer las caractersticas de losproductos de partida, aparatos posibles yproductos finales.

Una de las principales etapas en laespecificacin de equipo de reduccin detamao es averiguar cuanto sea posible acercade las caractersticas del producto dealimentacin.

Entre las caractersticas que hay que tomar en consideracin se incluyen: dureza, abrasividad, untuosidad, temperaturas de ablandamiento o fusin, estructura, peso especifico, contenido de agua libre, estabilidad qumica, homogeneidad y pureza.

A continuacin tratamos algunas propiedades que pueden ser de importancia en la industrializacin de alimentos.

Conocer la dureza de los productos inciales puede serimportante para la seleccin de los aparatos detrituracin. En general los productos mas duros sonmas difciles de triturar. Se necesita mas energa y lostiempo de residencia en la zona de accin han de sermayores,.

Como las sustancias duras son casi abrasivas se puedeproducir un desgaste pronunciado de las superficie detrabajo. Tales superficies deben ser de materiales durosy resistentes al desgaste, como el acero al manganeso, ypoder reemplazarse fcilmente.

Para reducir el desgaste, los molinos para la reduccinde tamao de productos duros se muevenrelativamente despacio, debiendo adems ser deconstruccin robusta para soportar los esfuerzosmecnicos que se desarrollan.

Indica la clase de fuerza que con masprobabilidad efectuara la trituracin.

Ejemplos.

Productos frgiles o poseen estructura cristalina,se utiliza la trituracin con fuerzas decomprensin.

Productos con estructura fibrosa (la mayor partede las carnes, frutas y verduras, nopudindoseles desintegrar por fuerzas decomprensin o impacto, por lo que que esnecesario desgarrarlas o cortarlas.

La presencia de agua puede facilitar ocomplicar el proceso de trituracin.

Excesivo contenido de humedad puedeproducir el embotamiento del molino Elmaterial se vuelve pastoso y adherente.

La presencia de humedad puede tener lugartambin una aglomeracin de los productosque es indeseable si lo que se requiere es unproducto alimenticio pulvurulento fino quefluya libremente y la eficiencia de la moliendapuede resultar afectadas.

En la zona de accin de un molino tiene lugarfriccin entre las partculas y al cesar de actuarel esfuerzo aplicado se desprende en forma decalor.

El calor produce una elevacin de latemperatura de los productos y la degradacinde estos , es importante conocer lastemperaturas de ablandamiento o fusin.

Se dispone de aparatos de diferentes tipos ytamaos para la trituracin de los productosalimenticios.

TRITURADORAS DE RODILLOS

En esta maquina dos o mas rodillos pesados, deacero, giran uno hacia el otro. Las partculas dela carga son atrapadas y arrastradas entre losrodillos, sufriendo una fuerza de comprensinque las tritura. En algunos aparatos los rodillosgiran a diferente velocidad, dando lugartambin a fuerzas de cizalla.

La produccin de estas unidades esta regidapor la longitud y dimetro de los rodillos y porla velocidad de rotacin. Con los dimetrosmayores utilizan corrientemente velocidadesde 50 300 rpm. Las relaciones de reduccin detamao son pequeas, en general , inferiores a5 mm. El dimetro de los rodillos, su velocidaddiferencial y el espacio que entre ellos queda sepuede variar para adaptarlos al tamao de lamateria de partida y la velocidad deproduccin deseada. Antes de la trituracin sedeben quitar los cuerpos extraos duros.

Este tipo de molino de impacto o percusin escorriente en la industria de alimentos.

Un eje rotario de gran velocidad lleva un collar convarios martillos en su periferia. Al girar el eje lascabezas de los martillos se mueven siguiendo unatrayectoria circular dentro de una armadura, quecontiene un plato de ruptura endurecido, de casilas mismas dimensiones que la trayectoria de losmartillos, los productos de partida pasa a la zonade accin, donde los martillos los empujan contrael plato de ruptura. La reduccin del tamao esproducida principalmente por fuerzas de impacto,aunque las condiciones alimentacin sonobturantes .

Los molinos de martillos se pueden considerarcomo molinos para uso general, ya que soncapaces de triturar slidos cristalinos duros,productos fibrosos, sustancias vegetales, productosuntuosos, etc. Se utilizan extensamente en laindustria de alimentos para moler pimienta yespecias, leche deshidratada, azucares, etc.

No se recomienda para molienda fina demateriales muy duros, por el excesivo desgasteque, en este caso sufren los martillos y superficies.

Los inconvenientes en general en el uso de estosequipos son el gran desgaste de los martillos yproduccin de mucho ruido y vibraciones.

Produce granulometra irregular con granproporcin de finos.

Los molinos que utilizan las fuerzasde frotamiento o cizalla para reducirel tamao juegan un papel primordialen la molienda fina. Como la mayorade la molienda que se lleva a cabo enla industria de los alimentos es paraproducir partculas de tamao muypequeo, esta clase de molinosencuentran amplia aplicacin . Semuestran 3 tipos de molinos de disco.

El material de partida pasan a travs dela separacin estrecha que existe entre undisco estriado que gira a gran velocidady la armadura estacionaria del molino.Como consecuencia de la intensa accincizallante se produce la trituracin de lacarga. La separacin puede variar segncuales sean el tamao de las materiasprimas y las exigencias del productoacabado.

En este tipo de molino la armadura contienedos discos que giran en direccin opuestaproporcionado un grado mayor decizallamiento que el que se puede conseguircon los molinos de disco nico. En otramodificacin de este principio bsico elmolino de Foss, el disco tiene estras quefacilitan la desintegracin. Esta clase demolinos de discos cizallantes se utilizanextensamente en la preparacin de cerealesy molienda de arroz y maz

Es una clase muy antigua de molino defrotamiento o cizalla con disco. Utilizadoprincipalmente para la molienda de harina . Semonta sobre un eje dos piedras circulares. Lasuperior, que corrientemente es fija, y tiene unaboca de entrada de la carga. Y la inferior que gira.La carga pasa por la separacin entre las dospiedras y se descargan por la arista de la piedrainferior. En las maquinas modernas las piedrasnaturales estn siendo reemplazadas por piedrasde acero endurecido.

Esta clase de molinos se utilizan todava en la molienda hmeda de maz. Para separar el gluten y almidn de la cascara.

Esta clase de molinos se utilizanmucho en numerosas industrias paralograr una molienda fina. Existen dostipos bsicos:

El de bolas

Y el de barras.

Se utilizan a la vez fuerzas de cizalla e impactopara la reduccin de tamao. El aparato estaformado por un cilindro de acero horizontalque se mueve a pequea velocidad con ciertonumero de bolas de acero , piedras duras ocermica de 2.5 5 cm. A medida que gira elcilindro las piedras se elevan por las paredesdel cilindro y caen sobre los productos atriturar. Las bolas resbalan entre si,produciendo el cizallamiento de la MP. Lacombinacin de fuerza de cizalla y de impactoproduce una reduccin de tamao muyefectiva.

Al igual que todos los molinos, lassuperficies se desgastan, por lo que hayestar alerta acerca de la posiblecontaminacin del producto.

Los molinos de bolas funcionangeneralmente en forma discontinua.

Sirven para tratar productos muy duros yobtener polvos de gran finura.

En ellos se reemplazan las bolas por barras de acero. Las fuerzas de impacto y friccin juegan todava su papel, pero el efecto de las de impacto es menos pronunciado. Se recomienda utilizar molinos de barra con sustancias untuosas.

Las barras son generalmente de aceros de 2 a 12 cm de dimetro, existiendo siempre diversos tamaos en un molino determinado.

En la reduccin de tamao de slidos, losmateriales de alimentacin se pulverizan atamaos mas pequeos por medio de unaaccin mecnica, es decir, los materiales sefracturan.

Las necesidades energticas para la reduccinde tamao para la reduccin de tamao de losalimentos slidos se calculan mediante unas delas tres ecuaciones siguientes.

Las siguientes ecuaciones parten de lasuposicin bsica de que la energa (E)necesaria o requerida para producir un cambio(dX) en una particula de tamao o dimensioncaracterisitca (X) esta en funcion exponencialde X.

Donde:

X = es el tamao o dimetro de la partcula en mm

N y K = son constantes que dependen del tipo, tamao del material y del tipo de maquina.

E = Energa requerida

Rittinger considero que durante la molienda de los solidos la energia necesaria debe ser proporcional a la nueva superficie producida, siendo n = 2, con lo cual:

dE = - K

dX X2