ELIZABETH

MARTÍNEZ SALDAÑA

“REDUCCIÓN DEL TAMAÑO Y TAMIZADO”

“UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO”

ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

PROFESOR: ING. ARTEAGA

MIAÑO HUBERT.

CURSO: LABORATORIO

Nº 5 DE INGENIERÍA DE

ALIMENTOS II

TRUJILLO-2011

2

REDUCCIÓN DEL TAMAÑO Y TAMIZADO

I. INTRODUCCIÓN

Muchos de los productos alimenticios y materias primas de la industria Química y Alimentaria requieren una preparación y acondicionamiento con el fin de obtener un tamaño determinado de partícula. Esto requiere dos operaciones unitarias: reducción de tamaño (trituración y molienda) y tamizado.Por lo consiguiente el tamizado, es una operación básica en la que una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños se separa en dos o más fracciones, pasándolas por un tamiz. Cada fracción es más uniforme en tamaño que la mezcla original esto permite una operación unitaria complementaria en muchos casos de la reducción de tamaño o de la trituración. La reducción del tamaño es mediante esta operación los sólidos son cortados o partidos en partes más pequeñas transformando el material del estado granular al estado pulverulento.

Si aplicamos la reducción de tamaño a una sustancia se obtiene un producto más o menos pulvurulentos según la naturaleza las características del equipo el tiempo de operación, etc. No todas las partículas producidas tienen el mismo tamaño, por este motivo es de interés conocer la distribución de tamaños que cada máquina puede producir. Para esto se han establecido ecuaciones que relacionan las fracciones de partículas retenidas con su tamaño y ver cual de todas ellas presenta la máxima generalidad, pudiéndose afirmar que ninguna de las muchas correlaciones obtenidas es universal. La ley más general es Rosin, Rammler y Sperling (RRS), aunque esta correlación no se cumple cuando la reducción de tamaño se dirige a obtener partículas muy finas, siguiendo en este caso las leyes de la probabilidad según una distribución de Gauss. La operación de disminución o reducción de tamaños consiste en la producción de unidades de menor masa a partir de trozos mayores; para ello hay que provocar la fractura o quebrantamiento de los mismos mediante la aplicación de presiones.

II. OBJETIVOS

Conocer el funcionamiento de un molino de martillos. Distribuir tamaños a través de curvas diferenciales Verificar las potencias de accionamiento del motor al molino de martillos.

3

III.FUNDAMENTO

A. Tamizado

El tamizado es un método de separación de partículas basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. Consta de una malla metálica constituida por barras tejidas y que dejan un espacio entre sí por donde se hace pasar el alimento previamente triturado. Las aberturas que deja el tejido y, que en conjunto constituyen la superficie de tamizado, pueden ser de forma distinta, según la clase de tejido. Las mallas cuadradas se aconsejan para productos de grano plano, escamas, o alargado.

En el tamizado industrial, los sólidos se colocan sobre la superficie del tamiz. Las partículas de menor tamaño, o finos, pasan a través de las aberturas del tamiz, mientras que las de mayor tamaño o colas no pasan. Un solo tamiz puede realizar una separación en dos fracciones. Se les llama fracciones no clasificadas, ya que aunque se conozca el límite superior e inferior de los tamaños de partícula de cada una de las fracciones, no se conoce el otro límite. El material que se hace pasar a través de una serie de tamices de diferentes tamaños se separa en fracciones clasificadas por tamaños, es decir fracciones cuyas partículas se conocen por su tamaño máximo y mínimo. En ocasiones, el tamizado se realiza en húmedo, si bien lo más frecuente es operar en seco.El tamizado se realiza haciendo pasar el producto sobre una superficie provista de orificios del tamaño deseado. El aparato puede estar formado por barras fijas o en movimiento, por placas metálicas perforadas, o por tejidos de hilos metálicos. El tamizado consiste en la separación de una mezcla de partículas de diferentes tamaños en dos o más fracciones, cada una de las cuales estará formado por partículas de tamaño más uniforme que la mezcla original.El tamiz consiste de una superficie con perforaciones uniformes por donde pasará parte del material y el resto será retenido por él. Para llevar a cabo el tamizado es requisito que exista vibración para permitir que el material más fino traspase el tamiz. De un tamiz o malla se obtienen dos fracciones, los gruesos y los finos: la nomenclatura es la siguiente, para la malla 100, + 100 indica los gruesos y -100 indica los finos. Si de un producto se requieren N fracciones (clasificaciones), se requerirán N-1 tamices.Los tipos de tamices que vibran rápidamente con pequeñas amplitudes se les llaman: “Tamices Vibratorios”. Las vibraciones pueden ser generadas mecánica o eléctricamente. Las vibraciones mecánicas usualmente son transmitidas por excéntricos de alta velocidad hacia la cubierta de la unidad, y de ahí hacia los tamices. El rango de vibraciones es aproximadamente 1800 a 3600 vibraciones por minuto.El tamaño de partícula es especificado por la medida reportada en malla por la que pasa o bien por la que queda retenida, así se puede tener el perfil de distribución de los gránulos en el tamizador de manera gráfica. La forma gráfica es generalmente la más usada y existen muchos métodos en los que se realiza una presentación semi-logarítmica, la cual es particularmente informativa.

4

Molino de martillos: En éste, un eje rotatorio de gran velocidad lleva un collar con varios martillos en su periferia. Al girar el eje las cabezas de los martillos se mueven siguiendo una trayectoria circular dentro de una armadura, que contiene un plato de ruptura endurecido, de casi las mismas dimensiones que la trayectoria de los martillos. Los productos de alimentación pasan a la zona de acción dónde los martillos los empujan contra el plato de ruptura. La reducción de tamaño es producida principalmente por las fuerzas de impacto

Figura 1. Molino de Martillos

B. Reducción de Tamaño

Es la operación unitaria en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos es reducido por la aplicación de fuerzas de impacto, compresión, cizalla (abrasión) y/o cortado. La compresión se usa para reducir sólidos duros a tamaños más o menos grandes. El impacto produce tamaños gruesos, medianos y finos, la frotación o cizalla, produce partículas finas y el cortado se usa para obtener tamaños prefijados.

Figura 2. Esquema de reducción de tamaño en una partícula.

5

Los fines de la reducción de tamaño son muy importantes en la industria por las siguientes razones:

Facilita la extracción de un constituyente deseado que se encuentre dentro de la estructura del sólido, como la obtención de harina a partir de granos y jarabe a partir de la caña de azúcar.

Se pueden obtener partículas de tamaño determinado cumpliendo con un requerimiento específico del alimento, como ejemplo la azúcar para helados, preparación de especies y refino del chocolate.

Aumento de la relación superficie-volumen incrementando, la velocidad de calentamiento o de enfriamiento, la velocidad de extracción de un soluto deseado, etc.

Si el tamaño de partículas de los productos a mezclarse es homogéneo y de tamaño más pequeño que el original, la mezcla se realiza más fácil y rápido, como sucede en la producción de formulaciones, sopas empaquetadas, mezclas dulces, entre otros.

La operación de disminución o reducción de tamaños consiste en la producción de unidades de menor masa a partir de trozos mayores; para ello hay que provocar la fractura o quebrantamiento de los mismos mediante la aplicación de presiones.

Figura 3. Croquis de reducción de tamaño en una partícula

6

Las técnicas de reducción de tamaño son:

COMPRESIÓN: Es utilizada para la reducción gruesa de sólidos duros, genera productos gruesos, medios o finos.

CORTE: Se utiliza cuando se requiere un tamaño definido de partículas. FROTACIÓN O ROZAMIENTO: Genera productos finos a partir de materiales blandos

no abrasivos. IMPACTO: Esta técnica consiste en el choque de las partículas para la disminución de

su tamaño.

Los requerimientos de tamaño son diversos para cada tipo de productos, de ahí que se utilicen diferentes máquinas y procedimientos. La operación de desintegración, también tiene la finalidad de generar productos que posea un determinado tamaño granular, comprendido entre limites preestablecidos.

Variables de la reducción de tamaño

Alimentación obstruida: El desintegrador esta equipado con una tolva alimentadora que se mantiene siempre llena de modo que el producto no se descarga libremente, lo que hace que aumente la proporción de finos y disminuye la capacidad de producción.Contenido de humedad: En la etapa grosera e intermedia los materiales no deben exceder el 4% de humedad. En la etapa mas fina de reducción de tamaño se aplica una molienda húmeda.Trituración libre: El producto desintegrado, junto con cierta cantidad de finos formados, se separa rápidamente de la zona de acción desintegrante después de una permanencia relativamente corta. Por lo regular el producto de la molienda sale por una corriente de agua, por gravedad o lanzado por fuerza centrifuga.Operación en circuito cerrado: Cuando el material de rechazo es devuelto al desintegrador.Operación en circuito abierto: Cuando el material no se devuelve para su retrituración.Dureza y la estructura del material: Las maquinas para trituración grosera de materiales blandos no necesitan una maquina tan robusta o compleja como las utilizadas a la trituración de materiales duros.

Correlación de Rosin, ramler y sperling

La distribución de tamaños se obtiene colocando el producto de descarga de un molino en una serie de tamices, ordenados de arriba abajo por orden decreciente de luz malla. La cantidad de producto retenido por un tamiz se llama rechazo (R) y la no retenida cernido (C).

7

El tamaño medio del rechazo (L) es la media aritmética de las luces de malla entre dicho tamaño tamiz y el superior.

Figura 4. Balance de materia en un tamiz

Una forma de estudiar la distribución de tamaños es mediante la curva acumulativa de rechazos(Figura 5) en ella se representa la cantidad de producto (en porcentaje) respecto al total que no atraviesa cada tamiz frente a su luz de malla.

Figura 5. Curva acumulativa de rechazo

8

Esta curva recoge toda la gama de tamaños presentes, desde las mas pequeñas hasta las mas grandes.

Si se calcula la pendiente de las tangentes a la curva en diferentes puntos y se representa frente a los valores de luz de malla en dichos puntos, se obtiene la curva de frecuencia de tamaños (Figura 6).

Figura 6. Curva de frecuencia de Tamaños

En esta curva se aprecia mejor la distribución de tamaños. El máximo de la curva indica que aparece con más frecuencia; n es el índice de tamaños. Si la línea obtenida fuera vertical (n=0), se tendrían de todos los tamaños en la misma proporción. Si n=1 el máximo se produce para L=0, lo que no tiene significado físico. Y si n<1 no hay máximo en la curva.

IV. MATERIALES Y MÉTODOS

MATERIALES

Biológico:

Maíz morocho (6 kg aproximadamente).

9

Materiales de Laboratorio

Molino de Martillos Juego de Tamices Agitador eléctrico Bolsas negras largas Cronómetro Balanza analítica Centímetro o Regla Agitador eléctrico

MÉTODOS

Se pesan todas las bolsas de maíz morocho, las cuales se clasifican para tamizado. Estos tamizados se clasificaran en 4, por lo que se pesaran y anotaran sus pesos

respectivos y deben estar clasificados en cada bolsita diferente. Se depositan en el interior del molino el maíz morocho. Se acciona el molino durante un

tiempo determinando. Una vez realizada la molienda se procederá a analizar el tamaño de partículas mediante

un tamizado, para cantidades distintas del maíz a moler. Para ello se colocará el producto molido en el juego de tamices previamente ordenados de mayor a menor luz de tamiz de arriba abajo y se agitaran con el agitador eléctrico. Se repite la operación para distintos tiempos para todos los experimentos es decir para los 4 tamices.

Se debe tomar el tiempo de tamizado lo cual será igual en cada muestra. Se debe tomar las medidas para cada luz de malla. Se debe de igual forma determinar el diámetro de la partícula (Dp) la cual será el

diámetro promedio de los maíces morochos. Una vez obtenidos los resultados se calculará el Retenido (%R), Retenido Acumulado

(%RA), Cernido (%C) , Cernido Acumulado (%CA). Mediante la ecuación de Bond calcularemos la potencia obtenida con nuestros datos,

luego esta procederemos a comparar con la potencia del motor (la cual es 1 Hp=0.75KW).

Retenido (%R)

%R1= (R1/W) x 100

%R2= (R2/W) x 100

%R3= (R3/W) x 100

%R4= (R4/W) x 100

Retenido Acumulado (%RA)

%RA1= (R1/W) x 100

%RA2= ((R1+ R2)/W) x 100

%RA3= ((R1+ R2 + R3)/W) x 100

%RA4= ((R1 + R2 +R3 + R4)/W) x 100

10

Cernido (%C)

%C1=100 - %R1

%C2=100 - %R2

%C3=100 - %R3

%C4=100 - %R4

Cernido Acumulado

%CA1=100 - %RA1

%CA2=100 - %RA2

%CA6=100 - %RA3

%CA4=100 - %RA4

El maíz tendrá forma cuadrada la cual consideraremos la longitud mayor la medida de su lado por raíz de 2.

Ecuación de Bond

P = Potencia (HP) T = Velocidad de Alimentación.(ton/min) Df = tamaño de la alimentación Dp= Tamaño del producto (pies), para esto usamos la curva LM vs %RA a 80%. Ei = índice de Trabajo (Kw. H / Ton) en tablas se calcula esto.

V. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Tabla 1. Datos para los 4 tamices del producto del maíz en cálculos para %R, %RA, %C, %CA.

TAMIZLUZ DE

MALLA (cm)LUZ DE MALLA

(pies)RETENIDO

(kg)% RETENIDO

(R )

RETENIDO ACUMULAD

O (%)

CERNIDO (%C )

%CERNIDO ACUMULAD

O

1 0 0 1.439 28.48230297 28.48230297 71.51769703 71.51769703

2 0.2 0.00656 1.509 29.86782153 58.3501245 70.13217847 41.6498755

3 0.4 0.01312 1.93815 38.36203996 96.71216446 61.63796004 3.287835543

4 0.8 0.02624 0.02078 0.411301081 68.64116257 99.58869892 31.35883743

PT

=1.46 Ei( 1

√Dp− 1

√Df )

11

Figura 7. LM (pies) vs %R

Figura 8. LM(pies) vs Retenido Acumulado(%RA)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

20

40

60

80

100

120

R² = 0.935209355318338

LM (pies)

RETE

NID

O A

CUM

ULAD

O (%

)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

5

10

15

20

25

30

35

40

45

R² = 0.935272149971662

LM (pies)

RETE

NID

O (%

)

12

Figura 9. LM (pies) vs Cernido (%C)

Figura 10. LM (pies) vs Cernido Acumulado (%CA)

Tabla 2. Datos para hallar Potencia (HP).

LUZ DE MALLA (pies) R.A. (%)0.00656 58.3501245

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

10

20

30

40

50

60

70

80

R² = 0.935209355318339

LM (pies)

CERN

IDO

ACU

MUL

ADO

(%

)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.030

20

40

60

80

100

120

R² = 0.935272149971662

LM (pies)

CERN

IDO

(%)

13

X 800.01312 96.71216446

X=( 80−58.350124596.71216445−58.3501245 ) (0.01312−0.00656 )+0.00656

CALCULANDO LA POTENCIA:

Donde

Ei=11.21 KW .hTon

Dp= 0.01026218 pies Df= 0.0360144 pies

P=1.46 (11.21 KW .hTon )(0.022099801 Tonh )( 1

√0.01026218− 1

√0.036 )

Según Mc Cabe, et al (1972), la rotura del grano se produce por la acción conjunta de compresión y cizallamiento, ya que uno de los cilindros gira alrededor de 2,5 veces más rápidamente que el otro. De esta manera, el producto que pasa entre los dos cilindros sufre un efecto de estiramiento y los granos son cizallados. Este cizallamiento es el que permite el raspado progresivo de las capas del grano durante la trituración.

Dp=X=0.01026218 pies

PT

=1.46 Ei( 1

√Dp− 1

√Df )

P= 1.664545474 HP

14

Comparando lo dicho por el autor con la tabla 1, vemos que esta en lo cierto debido a que la rotura del grano (molienda) se debió por la acción conjunta de comprensión y cizallamiento y este cizallamiento nos permito tener4 tamices lo cuales fueron aumentando.

Según Coulson, et al (1988); el cernido es la operación que, después de cada pasaje a través de un molino de cilindros, clasifica el producto según el tamaño de las distintas partículas. Se efectúa mediante tamices de telas de seda (para harina o sémolas) o acero inoxidable.Comprando lo expuesto por el autor con Tabla 1, obtuvimos 4 cernidos, donde el mas alto cernido se di en el tamiz 4 con un valor de 99.5887%, en lo cual el tamaño del maíz ya molido debe ser alto en comparación con los otros tamices.

Según Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (1985), los gránulos más pequeños irán pasando, lógicamente, de tamiz en tamiz, descendiendo, mientras que los mayores se irán quedando en los tamices superiores.Una vez realizado el tamizado, se van cogiendo los tamices uno a uno y se va leyendo el valor de la luz de malla. En el primer tamiz tendremos granulados de mayor tamaño que el valor que indica. En los inferiores, tendremos granulados de mayor tamaño que el que indica pero menores que la luz de malla del tamiz inmediatamente superior. Y, por último, los gránulos que hayan pasado todos los tamices tendrán un tamaño menor que la luz de malla del último tamiz. Comparando lo expuesto por el autor con la tabla 1. Vemos que la luz de malla fue subiendo en cada tamiz respecto al anterior así que un tamiz 2 obtuvimos una luz de malla de 0.00656 pies y luego en el 4 una luz de malla de 0.02624 pies; de igual manera el retenido que obtuvimos dela molienda en un inicio era baja pero luego ascendió en cada tamiz esto se puede deber por el tipo de molino o por el material que empleamos en este caso el maíz morocho. Esto se comprueba en la figura 7 donde la luz de malla respecto al retenido son casi directamente proporcionales pero en el último tamiz no debido a que sufrió una decaída la cual puede ser debido al material o las características del molino de martillo. Esto nos servirá para seleccionar un granulado de un tamaño. De esta forma si hay menor distancia entre hélices su velocidad disminuye y la luz de malla también.

Según Seoánez (2003), si pesamos  alrededor de 1 Kg. de arena seca y se va tamizando a través de tamices, ordenados de mayor a menor luz de malla, se pesa la arena retenida por cada tamiz y se anota como “peso retenido”. Con estos datos construimos una tabla donde anotamos en distinta columnas los pesos retenidos, los pesos  acumulados, el % retenido  y  finalmente el % que pasa por el tamiz correspondiente (complementario a 100 de la columna anterior).Comparando lo dicho por Seoánez (2003), en la tabla 1, y figuras 7, 8 , 9 y 10 vemos que calculamos la luz de malla así como las graficas de las curvas para el retenido , el retenido acumulado, cernido y cernido acumulado, pero en la tabla 1 la diferencia es que no

15

ordenamos la luz de malla de mayor a menor si no que estuve desde el menor hasta la mayor.

Según Coulson, et al (1988); sumando a lo que retiene cada tamiz lo que ha quedado retenido en los tamices de luz de malla mayor, obtenemos la cantidad de gramos que existen en esa arena con dimensión mayor que la luz de malla de ese tamiz, (lo llamaremos peso retenido y acumulado, y nos expresa la cantidad de arena que retendría ese tamiz si la muestra no se hubiese hecho pasar por los tamices de luz de malla mayor). Expresando el peso retenido y acumulado en tanto por ciento respecto al total de la muestra, obtenemos el porcentaje de arena que existe en esa muestra de dimensión mayor que la luz de malla de ese tamiz, (lo llamaremos tanto por ciento retenido y acumulado, y nos expresa el porcentaje de arena que retiene ese tamiz respecto al total del mismo). Sabiendo el porcentaje que retiene cada tamiz, podemos calcular el porcentaje que pasa por un determinado tamiz restando de 100 el porcentaje retenido y acumulado en el, (lo llamaremos tanto por ciento que pasa).Esto se explica en figuras 7 y 8; en el cual a mayor Luz de Malla mayor será el retenido respecto a cada tamiz y de igual forma el retenido acumulado y nos expresa el porcentaje de molido del maíz respecto al total del mismo.

Según Vian, et al (1976); la curva de tamaño de partícula respecto al porcentaje pasante (Retenido) nos debe dar de esta forma.

Fuente. Vian, et al (1976)Esto se comprobó en la figura 7 donde la curva de la luz de malla respecto al retenido nos da de una forma igual y de la misma forma en la figura 8 donde la curva es ascendente, lo cual quedócomprobado en la práctica con el maíz.

16

Según Ripusudan , et al (2001) la curva acumulativa de cernidos debe ser de la siguiente forma en granos.

Fuente: Ripusudan , et al (2001)

Esto no se comprueba figura 9 y 10 porque observamos que la curva desciende su cernido a medida que la luz de malla asciende debido a que presenta la desventaja cuando el material seco se somete al tamizado se debe procurar siempre un ligero frotamiento sobre el tamiz, formándose una capa delgada y uniforme y que la agitación no sea tan vigorosa para provocar disminución en el tamaño, en general cuanto mas grandes y abrasivos sean los sólidos mas robusto debe ser el tamiz.

Según IICA (1998); el molino de martillos se adapta bien para moliendas medias y finas, la fineza de la molienda depende del tamaño de la criba y de la velocidad de circulación del material molido a través de la cámara de molido. La capacidad de un molino depende de la clase de grano, la fineza de la molienda, la potencia disponible, la velocidad y el contenido de humedad del producto. Normalmente se requiere de 1HP por hora para molienda media y a una mayor potencia tendrá el molino una mayor eficiencia.Esto se comprueba en la tabla 2 y cálculos respectivos para la potencia donde nos da un valor de 1.66HP ya que el molino de martillos tendrá una alta eficiencia y velocidad y si el polvo es mas fino la velocidad es mayor y también si hay mayor distancia entre cribas hay una mayor velocidad y mayor luz de malla.

VI. CONCLUSIONES Se logró conocer el funcionamiento de un molino de martillo, lo cual es un eje de

gran velocidad es por allí donde pasa ale producto lo cual da como resultado la

17

reducción de tamaño principalmente producida por las fuerzas de impacto. Se distribuyó tamaños (4 tamices) a través de curvas diferentes como %R vs LM;

%RA vs LM; %C vs LM y %CA vs LM, lo cual vimos que si hay una menor distancia entre cribas la velocidad es mayor y la luz de malla de igual manera.

Se verificó la potencia de accionamiento la cual nos dio cerca al valor dado en la placa del motor (1HP) y la potencia calculada nos dio 1.6645 HP.

VII. RECOMENDACIONES Medir correctamente la luz de malla para que de esta forma no haya percance en

calcular la potencia. Tomar el tiempo adecuado en que demora el molino de reducir el tamaño del maíz

morocho. Pesar y dar uso de la balanza analítica correctamente. Estar atento en el momento de obtener el molido del maíz para que no perdamos

muestra que puedan caerse.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

COULSON .J. RICHARDSON, J. (1988). Ingeniería Química. Tomo II. Editorial Reverté. Barcelona.IICA (1998). Equipo para Procesamiento de Productos Agrícolas. Venezuela.MC CABE, W. SMITH, J. (1972). Operaciones Básicas de Ingeniería Química. Editorial Reverté, Barcelona.ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA AGRICULTURA Y LA ALIMENTACIÓN (1985). Procesamiento de semillas de cereales y leguminosas de grano: directrices técnicas. Food & Agriculture Org., 1985 - 173 páginas.RIPUSUDAN L. PALIWAL, GONZALO GRANADOS, HONOR RENÉE LAFITTE, ALEJANDRO D. VIOLIC, MARATHEE, J.P.(2001). El Maíz en los Trópicos. Mejoramiento y producción. Food & Agriculture Org. 376 páginasSEOÁNEZ, M. (2003). Manual de tratamiento, reciclado, aprovechamiento y gestión de las aguas residuales de las industrias agroalimentarias. Mundi-Prensa Libros, 2003 - 465 páginas.VIAN, A. OCÓN, J. (1976). Elementos de Ingeniería Química. Editorial Aguilar. Madrid.