Tema 2: Reducción del tamaño de los sólidos

• Razones para la reducción de tamaño:

- En la reducción del tamaño existen 3 tipos de fuerzas:

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 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:

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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 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.

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.

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.

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.

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.

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