I.
INTRODUCCIÓN
Existen muchas operaciones en la industria alimentaria importantes para mejora mejorarr la calidad calidad del produc producto, to, así como como la obtenc obtención ión de ciertos ciertos derivados a partir de diversos alimentos. La mayoría de alimentos granulados, son sometidos a la reducción del tamaño de sus partículas, por medio de una operación llamada molienda. La disminución del tamaño de estos alimentos granulares por medio de ésta ésta operaci operación, ón, permit permite: e: facili facilitar tar la extrac extracció ción n de un const constitu ituyent yente, e, aumentar la superficie del sólido y mejorar la mezcla íntima de éstos. Para Pa ra logr lograr ar és éste te prop propós ósit ito o se em emp plean lean cier ciertto tipo ipo de ma maqu quin ina as encargadas de ésta función. Tal es el caso de los llamados molinos, los cuales son muy utilizados en la producción de harina; aunque ciertos aparatos domésticos (como la licuadora), tienden a cumplir, también, con dicha función. El término molienda, se refiere a la pulverización y a la desintegración del mate ma teri rial al só sóli lido do.. Es Espe pecí cífic ficam ament ente, e, la de desi sint nteg egra raci ción ón se re refie fiere re a la reducción del tamaño de agregados de partículas blandas débilmente ligadas entre sí. Es decir, que no se produce ningún cambio en el tamaño de las partículas fundamentales de la mezcla. La pulverización, por su parte, implica la reducción del tamaño de las partículas fundamentales de las sustancias. La obtención de sólidos granulares o pulverulentos más finos, lleva a que éstos éstos produc productos tos,, despué despuéss de la molienda molienda,, pasen pasen por otra otra operac operación ión llamada llamada tamizado. tamizado. Por medio del tamizado se consigue consigue la separación separación de las partículas de acuerdo a su tamaño, que forman parte del polvo; empleando para ello los llamados tamices , los cuales son como una serie de platos dispuestos de forma vertical de acuerdo a su tamaño o luz de mall ma lla a ; obt obtenie eniend ndo o as asíí la refi refina naci ción ón de un pro product ducto o gran granul ular ar o pulverulento determinado . Ésta operación es aplicada para la producción de ciertos productos que requieren de un refinamiento especial, tal es el caso del azúcar refinada, cuya obtención se verá en esta práctica. En éste laboratorio, se realizará la molienda y tamizado del maíz para el cual se utilizó un molino de martillos y un juego de tamices Tyler. Los objetivos en la presente práctica son: • •
Conocer el funcionamiento de diferentes equipos de tamizado. Obte Obtene nerr infor informa maci ción ón de la distr distrib ibuc ució ión n de tama tamaño ñoss me medi dian ante te la elaboración e interpretación de curvas diferenciales granulométricas de un alimento molido.
II.
MATERIALES Y MÉTODOS II.1. MATERIALES Material a moler: granos de
maíz
Molino de martillos Juego
de
tamices
Tyler
Escobilla Balanza Ro-tab Cronometro
II.2. METODOLOGIA a. Molienda del producto Alimentar el molino con una cantidad conocido de producto, moler el producto, apagar el molino, descargar el molino y pesar la cantidad de producto molido obtenido. Determinar el rendimiento del molino.
n =
masa de producto molido x 100
b. Tamizado del producto - Armar el juego de tamices de mayor a menor luz de malla (menor a mayor número de tamiz):
Tamiz armado
Colocar 100g del producto molino en el tamiz superior y tamizar el producto por 10 minutos bajo agitación en el Ro-tab.
-
Pasos para el tamizado
Vaciar con mucho cuidado (limpiando con la escobilla) el contenido de cernido de cada tamiz en papel previamente tarado. Pesar y anotar a que tamiz corresponde.
-
-
Peso de maíz tamizado
V. RECOMENDACIONES o
o
o
o
o
Es recomendable analizar el producto que se someterá a una operación de molienda y tamizado, pues el producto pueda necesitar un tratamiento anterior a determinados procesos. El producto a tamizar no debe tener elevada humedad puesto que se formarán aglomeraciones y el tamizado no será eficiente. Los tamices deben encontrarse en perfecto estado, por lo que se revisará que no presenten ninguna interferencia antes de ser utilizado para evitar tener análisis erróneos. Se debe escoger adecuadamente el tipo de tamiz a utilizar dependiendo esto del producto que se desea obtener. Evaluar previamente el tiempo adecuado de tamizado, de acuerdo al producto a tamizar, para así asegurar una mayor eficiencia en el proceso.
VI. CUESTIONARIO 1. Describa como se mide el rendimiento de un molino Para determinar el rendimiento de un molino se debe conocer la cantidad de masa que entra a ser molida y la cantidad de producto molido que se obtiene, para esto se siguen los siguientes pasos:
Además otra medida de la eficiencia de la operación se basa en la energía requerida para crear una nueva superficie, ya que el área de superficie de una unidad de masa de partículas aumenta en forma considerable a medida que se reduce el tamaño de la partícula. Los cálculos aproximados para la cantidad teórica de energía necesaria para fracturar y crear nuevas áreas superficiales producen eficiencias reales del .0.1% al 2% (Geankoplis, 2006).
2. Realice un cuadro donde especifique: tipos de molino y su aplicación en la Industria Alimentaria. Tipos de molino Molino de martillos
Molinos de Disco
Molino de disco único Molino de doble disco Molino de bolas
Aplicación en la Industria Alimentaria Los molinos de martillo se pueden considerar de uso general, ya que son capaces de triturar sólidos cristalinos duros, productos fibrosos, vegetales y productos untuosos, se utiliza en la industria alimentaria para moler especias, leche deshidratada, azucares, verduras deshidratadas, huesos extraídos, especias (pimienta), etc. Los molinos que utilizan las fuerzas de cizalla para la reducción de tamaño juegan un papel primordial en la molienda fina. Como la molienda fina se usa en la industria alimentaría fundamentalmente para producir partículas de tamaño muy pequeño, esta clase de molinos es muy común. En este modelo, los materiales de partida o alimentación, pasan a través del espacio que queda un disco estriado, que gira a gran velocidad, y la armadura estacionaria del molino. La trituración de la carga se debe a la intensa acción cizallante. Este tipo de molinos de discos cizallante se utiliza mucho en la molienda del arroz y del maíz. Opera bajo fuerza de cizalla e impacto. Constituido de disco giratorio, horizontal que se mueve a poca velocidad en cuyo interior se halla cierto número de
Molino de piedras
Molino de barras
Molino ultrafinos
Molino de rodillos
bolas de acero o piedra dura. Las bolas caen al girar e impactan el producto, y al girar cizallan el producto a moler. Se utiliza para productos muy duros y obtener polvos de gran finura. Molienda de colorantes y cacao. Este tipo de molino se utiliza en la molienda de maíz. Otras variantes se utilizan mucho en la elaboración de chocolate, por ejemplo los granos del cacao se trituran en molinos de tres piedras horizontales, aunque los procesos modernos utilizan discos dentados, de acero endurecido en lugar de piedras. Operan las fuerzas de impacto y cizalla. En la industria alimentaria se recomienda utilizar molinos de barras con sustancias untuosas, que se adhieren a las bolas, a las que restan eficacia. Utilizan la energía de un fluido (vapor comprimido o agua) para provocar la reducción de tamaño. La alimentación es por un tubo Ventura situada en la parte inferior del equipo. Los sólidos son arrastrados por el fluido y obligados a recorrer la carcasa tubular. La ruptura es consecuencia del rozamiento ellas y las paredes del equipo. Admiten como alimentación tamaños no superiores a 6 mm y dan lugar a productos con tamaños entre 1 y 50 µm. Consta de dos rodillos con sus ejes dispuestos horizontalmente y paralelos que giran en sentido opuesto. Genera esfuerzo de compresión y cizalla. Da buena uniformidad granulométrica. Molienda de trigo y centeno, para convertirlos en harinas. Utilizado como molinos estriados para: caña de azúcar, trigo; y molinos lisos para: refino del chocolate. Fuente: BRENNAN et al., 1998
3. ¿Qué propiedades físicas de la partícula se relacionan con la operación de molienda? ¿Qué papel juegan estas propiedades en la selección del tipo de molino?
•
Dureza y abrasividad
Según Brennan et al. (1998) la dureza de los productos de partida puede ser importante para la selección del equipo. La dureza está relacionada con el modulo de elasticidad; los materiales duros pueden ser quebradizos y fracturarse rápidamente, en cuanto se supere el limite elástico, o dúctiles y deformarse mucho, antes de fragmentarse. Estos comportamientos influyen en la mayor o menor dificultad de trituración y en la energía requerida para ello. En general, los productos más duros son más difíciles de triturar. Se necesita más energía y tiempos más
largos de residencia, lo que puede requerir: (a) reducir la producción de un molino dado, o (b) utilizar un molino de mayor capacidad, para una determinada producción. Como los materiales duros son abajo casi siempre abrasivos, pueden desgastar mucho las superficies de trabajo. Estas superficies deben ser de materiales duros y resistentes al desgaste, como el acero al manganeso, y de fácil recambio. Para reducir el desgaste, los molinos para la reducción de tamaño de productos duros se mueven con relativa lentitud, debiendo ser de construcción robusta, para que puedan soportar los esfuerzos mecánicos que se desarrollan. Por esta razón, se suele prestar poca atención al mantenimiento de estas maquinas. •
Estructura mecánica
La estructura mecánica de los productos a triturar puede indicar la clase de fuerza más probablemente responsable de la trituración. Si los productos son frágiles, o poseen estructura cristalina, la fractura puede producirse a lo largo de los planos de unión, y serán las partículas mayores las que se romperán más fácilmente. En estos casos, se recurrirá a fuerzas de compresión. Si hay pocos planos de unión y se han de crear nuevos puntos de arranque de grietas, es posible que sean más eficaces las fuerzas de impacto y cizalla. Muchos productos alimenticios tienen una estructura fibrosa y no pueden desintegrarse por fuerzas de compresión o impacto, por lo que es necesario desgarrarlos o cortarlos (Brennam et al., 1998). •
Humedad
Brennan et al. (1998) explica que la presencia de agua puede facilitar o complicar lm proceso de trituración. En la mayoría de los casos, un contenido en agua superior al 2% o 3% puede embotar el molino y reducir su capacidad de producción y su eficacia. La humedad puede facilitar también la aglomeración de los productos, lo que dificulta la obtención de un polvo fino y de flujo libre. La formación de polvo en la molienda en seco de muchos sólidos también puede crear problemas, ya que: a) La inhalación prolongada de polvos, por otra parte inocuos, puede causar enfermedades respiratorias peligrosas; los operarios han de protegerse contra este riesgo. b) Muchos productos alimenticios sólidos, cuando están finamente divididos, son muy inflamables; en la industria alimentaria, no son desconocidas las explosiones del polvo. •
Sensibilidad a la temperatura
La zona de acción de un molino, se produce fricción entre partículas. Las partículas pueden sufrir esfuerzos inferiores a sus límites elásticos, que no las fracturan, liberando en forma de calor la energía de deformación absorbida, al cesar el esfuerzo. El calor proveniente de estas dos fuentes puede elevar considerablemente la temperatura de los productos procesados y degradarlos. En los productos sensibles a las temperaturas elevadas, es importante conocer, no solo su la estabilidad química, sino también sus temperaturas de ablandamiento o fusión. Si el calor generado lleva a la producción de una carga untuosa, el molino puede embotarse, disminuyendo la eficacia del proceso. (Brennam et al., 1998).
4. ¿A qué se debe la aglomeración de las partículas durante el tamizado? Describa algunas técnicas de tamizado que se utilizan para evitar esta aglomeración. Según Vian y Ocon (1979), La aglomeración se debe a la humedad del producto, algunas técnicas utilizadas para la clasificación de las partículas cuando éstas se encuentran húmedas son la sedimentación y centrifugación. A continuación se presentan los diferentes factores que ocasionan la aglomeración y las técnicas que se deben emplear para evitarla.
Factores
Descripción
A una velocidad de alimentación grande el tiempo de residencia sobre Alimentación la superficie de tamizado es ineficiente, el tamiz se sobrecarga y parte de los materiales que deberían ser finos acompañan a los gruesos. Una pendiente pronunciada dará como resultado un tiempo de Angulo de residencia insuficiente mientras que inclinación una pendiente de ángulo menor del tamiz puede reducir el flujo gravitatorio a través del tamiz. Aunque la partícula sea lo suficientemente pequeña sólo pasará Tamaño de a través del tamiz si se alinean Las partículas la partícula adecuadamente. grandes tienden a impedir el paso de las pequeñas cuando están en una proporción grande. Si el producto de partida está húmedo puedan aglomerarse las Humedad partículas pequeñas y las grandes, las pequeñas serán arrastradas con las grandes.
Deterioro del tamiz
Las partículas grandes se colocaron por las zonas diseñadas disminuyendo la eficacia de la separación.
Técnicas a emplear Regular velocidad alimentación producto tamizar.
la de del a
Utilizar un ángulo de inclinación adecuado
Emplear una separación preliminar de las partículas
Utilizar productos de humedad adecuada. Realizar un mantenimiento adecuado de las tamices y tener un especial cuidado con los tamices debido a su fragilidad. Limpieza inmediata y mantenimiento de los tamices.
Cuando el tamaño de partículas es Embotamien similar al del tamaño de la malla, los tamices se suelen a obturar to de los generando que las partículas cuyo tamices tamaño les permitiría atravesar el tamiz se ven arrastradas con los gruesos. Al tamizar productor secar en polvo, Conectar el tamiz se pueden cargar las partículas, las a tierra. Carga electrostátic pequeñas se agregaran y se comportarán, no como finos, sino a como gruesos produciéndose la aglomeración. Fuente: BRENNAN et al., 1998
5. ¿En que productos relacionados con la industria alimentaria es importante la granulometría del mismo? ¿A qué se debe la importancia? Adjunte una norma (metodología) de análisis granulométrico de un producto. En los diferentes procesos de producción de alimentos, se presenta la necesidad de separar los componentes de una mezcla en fracciones y de describir los sólidos divididos y predecir sus características. Dentro del campo de la separación existen en la ingeniería dos grandes grupos. Uno de estos grupos es el de las separaciones mecánicas que comprenden Filtración, Sedimentación y Tamizado (Análisis Granulométrico). Estas separaciones son aplicables a mezclas heterogéneas y se basan en las diferencias físicas de las partículas, entre las que están el tamaño, la forma y la densidad. Son numerosas las operaciones en la industria alimenticia que ameritan un desmenuzamiento de los sólidos, una trituración, una molienda, etc, en otras palabras, una Reducción de Tamaño. Así es como, por ejemplo, se muele el trigo y la cebada para obtener harinas, las semillas de soya se muelen y trituran para obtener aceite y harina y el azúcar es molida durante su procesamiento industrial. Según Brown (1965), el análisis de granulometría es importante tanto como para determinar la eficacia de la molienda o triturado, como para determinar el valor de un producto para una aplicación especifica. El análisis granulométrico, indica los módulos de finura e índices de uniformidad de diferentes productos siendo el módulo de finura un indicador de la uniformidad de la molienda, determinando también el tamaño de partícula; y el índice de uniformidad permite encontrar la distribución o proporción de las partículas finas, medianas y gruesas (Henderson, 1966 citado por Macedo, 1990).
•
NORMA: AOAC Official Method 965.22 Sorthing Corn Grits Método de Tamizado First Action 1965 Final Action 1966
1. Equipos:
(a) Equipo para darle movimiento al Tamiz (agitador).- Como el Ro - tap que brinda movimiento al tamiz (W.S. Tryler Inc., 8570 Tyler Alud, Mentod, OH 44060). (b) Juego de tamices y platos.- Tamiz de 8’’ de diámetro, de número 20, 30, 40, 60, 100, u otra serie similar
2. Determinación: Exactamente un peso de 50 ± 0.1g de muestra representativa bien mezclada del polvo a analizar, 945.14 (ver 27.4.01). (Para obtener una muestra representativa < 100 g, pasar sucesivamente a través la muestra dividida). Transferir la muestra al tamiz superior del juego de tamices con el plato, armar y fijar en el agitador, y agitar por 5 minutos. Pesar, a 0.1g, las partículas de polvo retenidas y adheridas en cada uno de los tamices, o retenidas en el plato. Calcular el peso de la fracción retenida en cada tamiz y la fracción retenida en el plato, como % del peso de muestra. Reportar el % de cada fracción con 1 decimal.