REDUCCIÓN DE TAMAÑO

Transcripción

1 REDUCCIÓN DE TAMAÑO

2 TRABAJO DE EPOSICION U-III I. Sedimentación, definición, teoría, sedimentación libre y retardada, efecto de las paredes del sedimentador y sedimentación diferencial, aplicaciones, tipos de sedimentadores, criterios de selección y diseño. ( ) II. Centrifugación, definición, fuerzas que se desarrollan en la separación por centrifugación, ecuaciones que definen las velocidades de sedimentación en centrifugas, caudal de trabajo y tiempo de residencia, separación de líquidos por centrifugación, tipos de centrifugas, criterios de selección y diseño. ( ) III. Mezcla de materiales, concepto de emulsión y homogenización, aplicaciones, equipos mezcladores, criterios de diseño y selección. ( )

3 TRABAJO DE EPOSICION U-III III. Transporte de materiales, campo e importancia del transporte de materiales, tipos de transportadores, transportador de faja criterios de diseño, transportador de tornillo sinfín criterios de diseño. ( ) IV. Transportador de cangilones criterios de diseño y transportador de neumático criterio de diseño. ( ) V. EAMEN U-III: VI. EAMEN SUSTITUTORIO:

4 La reducción de tamaño en los alimentos a lo largo de la historia

5 La reducción de tamaño en los alimentos a lo largo de la historia

6 REDUCCIÓN DE TAMAÑO. La reducción de tamaño es aquella operación en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos es reducido por la aplicación de fuerzas de impacto, compresión o abrasión. A la pulverización y formación de partículas de muy pequeño tamaño se denomina también trituración.

7 INTRODUCCIÓN AL PROCESO DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO. Los objetivos de la reducción de tamaño: Desintegración Obtener granulometría o distribución de tamaños determinada

8 LAS VENTAJAS DE LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN EL PROCESADO DE ALIMENTOS SON LAS SIGUIENTES: Aumento de la relación superficie/volumen incrementa la velocidad de deshidratación, calentamiento, enfriamiento, extracción. Cuando se combina un proceso de cribado pueden obtenerse partículas de un tamaño predeterminado. Cuando el tamaño de partícula de los productos que van a mezclarse es homogéneo el mezclado de los ingredientes resulta más eficaz.

9 CLASIFICACIÓN DE LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO DE ACUERDO AL TAMAÑO DE PARTÍCULA OBTENIDO Corte en rebanadas o rodajas De grande a medio (queso, filetes para estofar, corte de la fruta en rodajas para su envasado De medio a pequeño (frijoles verdes, rebanadas y cubitos de zanahorias Carne picada, escamas de pescado, nueces, verduras troceadas Molienda a polvo o pasta de finura creciente Diversos productos granulados, especias, harinas, néctares de frutas, azúcar en polvo, almidones, pastas finas Emulsión y homogeneizac ión Mayonesa, leche, aceites esenciales, mantequilla, helados y margarina.

10 INTRODUCCIÓN AL PROCESO DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO. Cuando un alimento se somete a un stress la tensión interna que en el alimento se crea, primero se absorbe dando lugar a la deformación de los tejidos. Cuando el stress en una determinada zona supera los limites del stress elástico, el alimento experimenta deformación permanente.

11 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO. Para la reducción de tamaño se utilizan tres tipos de fuerzas: Fuerza de compresión Fuerzas de impacto Fuerzas de cizalla

12 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO. La cantidad de energía absorbida por un alimento antes de romperse se halla determinada por su grado de dureza y su tendencia a la rotura que depende a su vez de su estructura. Los alimentos más duros absorben mayor cantidad de energía. Para la reducción de alimentos friables y cristalinos se requiere de fuerzas de compresión.

13 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Para alimentos fibrosos se requiere de una combinación de fuerzas de impacto y de cizalla. Para alimentos blandos se precisan de fuerzas de cizalla. El grado de reducción de tamaño, la energía gastada y la cantidad de calor generado, dependen, tanto de la magnitud de las fuerzas como del tiempo de aplicación.

14 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Otros factores que influyen sobre el aporte energético: Contenido de agua Sensibilidad del alimento al calor. El trigo se acondiciona antes de la molienda y el maiz se somete a remojo.

15 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Un exceso de humedad puede provocar la aglomeración de las partículas y bloquear el molino Alimentos muy secos generan polvo, lo que supone un riesgo para la salud y además un riesgo de explosión.

16 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO MOLIBILIDAD O índice de molienda es la cantidad de producto de un molino en particular que satisface una especificación dada en una unidad de tiempo de molienda. Ejemplo, toneladas por hora, a través de una malla 200.

17 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Entre los factores que afectan la molibilidad están: La dureza La elasticidad La resistencia La divisibilidad

18 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO DESGASTE DEL MOLINO El desgaste puede reducirse utilizando materiales que sean más duros que el material que se está triturando.

19 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO SEGURIDAD Los incendios y explosiones se pueden iniciar debido a descargas de electricidad estática, chispas de las llamas, superficies calientes y por combustión espontánea. El peligro aumenta en molinos de bolas, de martillos, de anillo y rodillos.

20 FACTORES A CONSIDERAR EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO PRECAUCIONES Aislamiento de los molinos El uso de materiales de construcción que no generen chispas Separadores magnéticos para quitar material magnético extraño de la alimentación

21 REDUCCIÓN DE TAMAÑO. En la producción de alimentos, muchos de los materiales sólidos están presentes en tamaños muy grandes que requieren una reducción a ser útil. El material utilizado para subdividir los sólidos se llaman: molinos, trituradoras.

22 Los sólidos se pueden reducir de tamaño por varios métodos. La compresión (compactación, trituración) El impacto (choque) La superficie de fricción (frotar) El corte por cuchillos (cizallamiento agudo)

23 MEDICIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA Para calcular la potencia de los equipamientos es necesario determinar el tamaño de las partícula para eso, se usan tamices vibratorios. Con los datos experimentales se elaboran gráficos que permiten: Observar la distribución de tamaño, Calcular el diámetro medio de partícula (mm) Hacer el gráfico de distribución acumulativa.

24 TAMICES VIBRATORIOS Finos

25 TAMICES VIBRATORIOS DE PLANTA PILOTO O PEQUEÑA INDUSTRIA

26 TAMICES VIBRATORIOS DE LABORATORIO

27 MEDICIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA En las operaciones de reducción de tamaño, el material sólido particulado es caracterizado por la cantidad que penetra a través de una cierto tamiz ( mesh ), en vez del cálculo del valor medio que considera la distribución de las fracciones que se quedan retenidas en los tamices. D mínimo % acumulación % D p D p

28 POTENCIA NECESARIA PARA LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Los parámetros en el cálculo de reducción de tamaño son: la cantidad de energía usada, tamaño inicial de la partícula tamaño de la nueva partícula formada. Se necesita energía para: vencer la resistencia interna del material trabajo de fragmentación. El procesamiento consume energía potencial. La energía necesaria para generar una hendidura (corte o fractura) en el sólido depende del tipo de material (tamaño, dureza, humedad, plasticidad, etc.).

29 POTENCIA PARA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Existe un modelo general para explicar el fenómeno de la reducción de tamaño. A partir de él varios investigadores desarrollaron leyes para predecir a potencía necesaria. Serán presentadas las leyes de Rittinger, Kick, Bond. La elección de la ley a usar depende de experiencias prácticas. Si se hace la elección correcta, con los cálculos se consigue una aproximación de hasta un 2% en la estimativa de la potencia necesaria.

30 MODELO GENERAL La ruptura de un material crea un nuevo tamaño (). Se supone que la energía necesaria (E) para producir una modificación d en una partícula de tamaño es una función de elevada la una correcta potencia n. de d C n (1) Donde: es el diámetro característico de la partícula, n y C son constantes que dependen del tipo de material y del tipo de equipamiento de reducción de tamaño. E Trituração de partículas de 1 para

31 MODELO GENERAL Integrando la Eq. (1): 0 E de C 1 2 d n Obtenemos la expresión del modelo general: E C n n1 n1 2 1 (2) Donde: 1 es el diámetro medio de la materia-prima 2 es el diámetro medio del producto.

32 MODELO GENERAL Kick asume debido a observaciones experimentales que n= 1: de C d de C d E C ln 1 KK log (3) donde K K es una constante Esta ley muestra que la misma cantidad de energía debe reducir un material de 100 mm a 50 mm como para reducir el mismo material de 50 mm a 25 mm.

33 MODELO GENERAL Rittinger propuso una ley en la cual el trabajo es proporcional a la superficie creada y como el área es proporcional al cuadrado de la longitud, un valor de n = 2. de d C n Entonces con n=2 se obtiene la ecuación de Rittinger E K R 1 2 C 1 E n (4) 1 n1 n1 2 1 Donde: E es el trabajo para reducir una masa que tiene el tamaño 1 para el tamaño 2. K R es una constante.

34 MODELO GENERAL Rittinger propuso una ley en la cual el trabajo es proporcional a la superficie creada y como el área es proporcional al cuadrado de la longitud, un valor de n = 2. de d C n Entonces con n=2 se obtiene la ecuación de Rittinger E K R 1 2 C 1 E n (4) 1 n1 n1 2 1 Esta ley considera que la cantidad de energía para reducir un material de 100 mm a 50 mm es diferente del obtenido al reducir de 50 la 25 mm. Sería equivalente la reducción del material de 50 mm a 33.3 mm.

35 MODELO GENERAL Trabajos experimentales más recientes de Bond sugieren que el trabajo necesario para moler partículas de tamaño grande es proporcional a la raíz cuadrada de la razón de volumen superficial del producto. Esto corresponde a n = 1.5 en la Eq. (1): de d C 3/ 2 Obteniendose 1 E KB (5) Donde: K B es una constante.

36 MODELO GENERAL Posteriormente, Bond modificó su ley para incluir E i (índice de trabajo) que sería el trabajo necesario para reducir una unidad de masa de materia-prima con diámetro característico D F a un producto con diámetro característico D p. La ecuación práctica, en unidades inglesas, es : P Ei 1 T D p D F (6) P es expresa en hp; T es la tasa de alimentación en toneladas/min; D F es el tamaño de las partículas alimentadas (ft); D p es el tamaño de producto (ft). Los valores de E i pueden ser encontrados en el Manual del Ingeniero Químico (Perry y Green) y en los textos de Bond.

37 PRINCIPALES TIPOS DE REDUCTORES DE TAMAÑO Molinos quebradores (partículas gruesas y finas) Triturador de quijada Triturador giratorio Molino de rollos Trituradores (tamaño intermediario y fino) Molino de martillos Molino de rollos de compresión Molinos de discos de roce Molino con tambor y balones

38 PRINCIPALES TIPOS DE REDUCTORES DE TAMAÑO Trituradores Ultrafinos Molino de balones con clasificación ingresa Trituradores que usan fluidos auxiliares Molinos giratorios Trituradores de corte Molino de cuchillos Cepillo de pinos

39 MACHACADORES GIRATORIOS Funciona como un pilón dentro de un mortero. La cabeza móvil tiene la forma de un cono truncado y gira excéntricamente dentro de una cobertura cônica fija en posición inversa. Un eje hace girar la cabeza móvil que chafa el sólido entre ella y el cono fijo exterior (Figura 3 a).

40 MOLINOS DE ROLLO En la Figura al lado es mostrado un molino de rollo liso típico. Los rollos giran en direcciones opuestas y a velocidades diferentes. Su superficie sufre mucho desgaste. También existen los rollos únicos giran contra una superficie fija. Los rollos dentados también son bastante usados. La proporción de reducción varía de 4:1 a 2,5:1

41 MOLINO DE MARTILLO Los molinos de martillo son usados para reducir el material de tamaño entre intermediario a pequeño. Muchas veces los productos de los machacadores de quijada y de los trituradores giratorios son procesados en un molino de martillo. El material es quebrado por el impacto de los martillos y pulverizado entre los martillos y la cobertura. El polvo entonces pasa por una parrilla o la tela de alambre en la descarga.

42 MOLINO DE BOLAS Está constituido por un recipiente (de tamaño variable y de distintos materiales) relleno de bolas de un determinado diámetro. Se pueden conseguir tamaños de partícula menores de una micra partiendo de partículas de mm

43 MOLINO DE BOLAS

44 PROBLEMA 1 El tamaño de un alimento se ha reducido de 6 mm a mm utilizado un motor de 10 HP. Resultaría este motor adecuado para reducir el tamaño de las partículas hasta mm? Asúmase que se cumple la ecuación de Rittinger y que 1 HP equivale a W.

45 Solución 7457= K R 1 1 Por tanto x x 10-3 KR= 7457 = /1.2 x /6x10-3

46 Solución Y para reducir el tamaño de las partículas a mm. E= _ 1 E=11123 kw =15 hp x x 10-3

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