Reducción del tamaño de los sólidos

Tema 2: Reducción del tamaño de los sólidos
• Razones para la reducción de tamaño:
• Facilitar la extracción de un constituyente deseado.
• Puede ser una necesidad especifica del producto.
• Aumentar la superficie del sólido.
• Favorecer la mezcla de ingredientes.
− En la reducción del tamaño existen 3 tipos de fuerzas:
• Fuerza de compresión: utilizada para romper productos duros. Principio: cascanueces.
• Fuerza de impacto: utilizada para la molienda fina. Principio: martillo.
• Fuerza de cizalla o frotamiento: utilizada en aparatos de trituración de sustancias blandas. Principio: piedras
del molino.
La maquinaria hace uso de los tres tipos de fuerzas pero uno es más importante que los otros dos en cada
maquina.
• Aparatos de reducción de tamaño
Alimentos secos: trituración y molienda
• Trituración: desmenuzamiento de los materiales gruesos hasta tamaños del orden de 3 mm. Fuerza de
compresión.
• Molienda: obtención de productos en polvo. Fuerza de cizalladura.
• Trituradora de mandíbulas:
Se añade la sustancia o alimento en medio de dos grandes mandíbulas, una fija y otra en movimiento de
avance y retroceso de forma que la sustancia se mueve hacia una posición cada vez mas baja, siendo triturada
a medida que desciende.
• Trituradora de rodillos:
Consta de dos cilindros pesados de acero que gira uno hacia el otro. Las partículas de la carga son atrapadas y
arrastradas entre los rodillos que la someten a una fuerza de compresión que los tritura. En algunos aparatos
los rodillos giran a distinta velocidad actuando también fuerzas de cizalla. Su principal aplicación esta en la
industria de la caña de azúcar, se tritura la caña al pasar por etapas sucesivas de rodillos. La producción de
esta trituradora esta determinada por la longitud y diámetro de los rodillos y la velocidad de rotación. Las
relaciones de reducción de tamaño menor a 5.
Relación de reducción (R.R): es la relación entre el tamaño medio del producto que la abandona después del
proceso de reducción de tamaño. Para medir el tamaño medio se utiliza normalmente el diámetro aritmético
obtenido del análisis de tamices de las muestras de las corrientes de alimentación y salida. Las trituraciones
groseras reducen a un 8: 1 mientras que la molienda lo hace a 100: 1.
• Molino de martillos:
Consiste en una cámara cilíndrica recubierta interiormente en una de sus secciones con una plancha de acero
1
endurecido denominada plato de ruptura o plato estacionario. En el interior un eje dotado de martillos en toda
su longitud gira a toda velocidad. La desintegración de los alimentos se produce por fuerzas de impacto al ser
empujados por los martillos contra la plancha de recubrimiento. En algunos casos la boca de salida del molino
se reduce mediante una rejilla que retiene el alimento hasta que las partículas han alcanzado el tamaño
adecuado para atravesarla. En estas condiciones de estrangulamiento intervienen la F de cizalla. Se utiliza
para la molienda de pimienta, especias, azúcar, etc. Son capaces de triturar también productos fibrosos para lo
que se sustituyen los martillos por cortadoras con sección aguda.
• Molino de disco de frotamiento:
• Molinos de disco único:
Las materias pasan a través de la estrecha separación existente entre un disco estriado que gira a gran
velocidad y la armadura estática del molino. La acción de frotamiento produce la trituración de la carga. La
separación depende del tamaño de la materia prima y las exigencias del producto acabado.
• Molino de doble disco:
Modificación del molino de disco único. La armadura contiene dos discos que giran en dirección opuesta
proporcionando mayor cizallamiento. Se utiliza para la preparación de cereales, molienda de arroz y maíz.
• Molino de piedras:
Consiste en dos piedras circulares montadas sobre un eje. La piedra superior que normalmente esta fija tiene
una boca de entrada de carga, la inferior gira. La carga pasa por la separación entre las dos piedras. Los
productos reducidos se descargan por la arista de la piedra inferior. En algunos modelos las dos piedras giran
en dirección opuesta. En las maquinas modernas las piedras naturales están siendo reemplazadas por piedras
de acero endurecido. Se utilizan en la molienda del maíz, trituración de los granos de cacao para chocolate y
la molienda de harina.
• Molinos gravitatorios
Utilizados para la molienda muy fina.
• Molinos de bolas:
Utiliza fuerzas de cizalla o impacto. Esta formado por un cilindro giratorio horizontal que se mueve a poca
velocidad con cierto numero de bolas de acero, cantos rodados o piedras artificiales en su interior. A medida
que gira el cilindro, las piedras o bolas se elevan por las paredes y caen sobre los productos a triturar que están
ocupando el espacio libre entre las bolas. Las bolas resbalan entre sí produciendo el cizallamiento de la
materia prima. Es muy efectivo. El tamaño de las bolas oscila entre 2 y 15 cm. Las pequeñas proporcionan
mas puntos de contacto, pero las grandes producen un mayor impacto. Parar una molienda eficaz no debe
excederse la velocidad crítica: Velocidad a la cual una bola pequeña esférica dentro de un molino empieza a
centrifugar. La velocidad optima es el 75 % de la velocidad crítica.
• Molino de barras:
Se reemplazan las bolas por barras de acero. Las barras tienen la longitud de la cavidad interior del molino y
ocupan el 50 % de este. Se utiliza para sustancias suntuosas en las que usando bolas pueden quedar adheridas
a la superficie o masa de la carga.
• Número de etapas de reducción para un proceso dado.
2
Las partículas obtenidas de un proceso de reducción es necesario clasificarlas según sus dimensiones, usando
tamices que las dividen en 2 corrientes. Las partículas más grandes (gruesos) vuelven a la maquina, mientras
las pequeñas (finos) siguen al siguiente aparato.
• Aparatos para la reducción de tamaño de alimentos fibrosos.
Utilizan fuerzas de impacto y cizalla aplicada por medio de una arista cortante. Para mayor eficacia la carne se
congela a una temperatura inmediatamente inferior al punto de congelación, mientras que la fruta y verdura,
de textura mas firme a temperatura ambiente.
Los aparatos son semejantes a los de las sustancias secas. Excepto el utilizado para la extracción de pulpa de
la fruta. Existen 5 tipos de maquinas:
• Rebanadoras: serie de cuchillas giratorias que cortan el alimento en rodajas.
• Cortadoras en cubos y dados: serie de cuchillas giratorias que cortan el alimento en cubos y dados.
Utilizado para fruta, verdura y carne.
• Ralladoras y desmenuzadoras: molino de martillo en el que se sustituye a estos pro cuchillas o aristas
cortantes, aplicando F de impacto. El desmenuzamiento consiste en fragmentas la materia prima en trozos
pequeños sin importar su uniformidad en el tamaño. Utilizado en productos a deshidratar.
• Maquinas para la elaboración de pulpas: utilizada para frutas de poca calidad destinada a mermelada.
Consiste en una pantalla cilíndrica perforada que contiene en su interior cepillos o paletas que ruedan a gran
velocidad. El producto se coloca en la cavidad del cilindro para que los cepillos lo fuercen a pasar por los
agujeros. El tamaño de los orificios determina el tamaño de la partícula de la pulpa.
• Picadoras: utilizadas en la industria cárnica para realizar embutidos, fiambres, picado de huesos, picado de
subproductos cárnicos para harinas y grasa y picado de sebos y mantecas.
Se clasifican en 3 grupos:
• Productos blandos: carne, tocino y cartílagos.
• Productos semiduros: carne, huesos de cerdo, aves y carne congelada a mas de − 10 ºC.
• Productos duros: huesos de vaca y carne congelada a − 15 º C o por debajo.
Partes de una picadora estándar.
• Cárcasa: de acero inoxidable.
• Tolva de alimentación: donde se deposita la materia prima, de acero inoxidable, con paredes
inclinadas y de capacidad variable.
• Tornillo de alimentación: situado en el fondo de la tolva, dirige la materia prima a las cuchillas de
picado.
• Sistema de picado: esta compuesto de discos perforados y cuchillas de 3 aspas cada una que presentan
una perforación en el centro para encajar en el eje de transmisión del movimiento. Las cuchillas que
giran ejercen una acción de picado y corte contra los discos produciendo también el avance del
material de picado hacia el disco siguiente. Los discos son placas circulares con perforaciones de
diversos diámetros dependiendo de lo fino del picado. En el dispositivo se coloca primero un disco de
sujeción y luego una cuchilla. A continuación viene un primer disco perforado con perforaciones de
diámetro mayor que el siguiente y el ultimo disco. Entre ambos va otra cuchilla picadora. Al final del
sistema hay un disco o cabeza de cierre que sirve para tensar todo el dispositivo de picado.
• Motor y dispositivo de transmisión de movimiento: el tornillo de alimentación empuja al producto
hacia los discos y cuchillas que los cortan y por efecto de autoalimentación las propias cuchillas
empujan al producto hacia delante llegando a salir por el ultimo disco perforado.
Las cuchillas se someten a un tratamiento anticorrosivo. Es frecuente el calentamiento de la materia debido a
3
filos de cuchillas en malas condiciones o aun escaso empuje hacia delante de la materia por un mal ajuste del
dispositivo de picado.
Características que regulan la selección de los aparatos.
• Dureza y abrasividad:
Los productos más duros son más difíciles de triturar, se necesita mas energía y los tiempos de residencia en
la zona de acción son mayores. Esto puede hacer necesario:
• un molino de mayor capacidad para una producción determinada o
• Una producción más pequeña para un molino determinado.
Además las sustancias duras suelen ser abrasivas, produciendo un desgaste de las superficies de trabajo. Estas
superficies deben ser de materiales duros y resistentes al desgaste (acero de manganeso) y poder reemplazarse
con facilidad. Para reducir el desgaste los molinos se mueven relativamente despacio.
• Estructura mecánica:
Nos indica la clase de fuerza que efectuara la trituración. En los productos frágiles la fractura tendrá lugar a lo
largo de las líneas de debilidad sometida al esfuerzo. Cuanto mayor es la partícula mas planos débiles tendrá y
más fácil su rotura, se utilizara la trituración con F de compresión.
Con pocos planos de unión o líneas de debilidad será necesario nuevos puntos de partida de grietas para lo que
empleamos F de impacto y cizalla. Lo que ocurre en partículas de pequeño tamaño. Los productos de
estructura fibrosa es necesario desgarrarlos o cortarlos.
• Humedad:
Un exceso de humedad en un alimento seco puede provocar la aglomeración de las partículas y bloquear el
molino afectando a la producción y eficacia. Pero también la formación de polvo en la molienda en seco causa
problemas como las enfermedades respiratorias peligrosas por inhalación y que muchos productos finamente
divididos son inflamables. Para reducir la formación de polvo se usan aspersores de agua en los casos
posibles.
• Sensibilidad a la temperatura de las materias primas:
En la zona de acción de un molino el calor proviene de dos fuentes:
• de la fricción entre partículas y
• De la energía de deformación absorbida pro las partículas que se desprenden en forma de calor
cuando cesa de actuar el esfuerzo aplicado sin que tenga lugar la fractura.
Una elevación considerable puede producir la degradación de los alimentos. Si el calor produce una carga
suntuosa se obstruye el molino. Por eso es necesario conocer la temperatura de ablandamiento y recurrir a
dispositivos de refrigeración (camisas) si es necesario.
6
6
4