Agroindustria

La Operación Unitaria Reducción de Tamaño

Resumen

En el siguiente trabajo se muestra una recopilación de la información que presentan diferentes autores en sus libros de Operaciones Unitarias referente a la parte de la Reducción de Tamaño y los Fundamentos Básicos para realizar un Análisis Granulométrico. En la ruta hacia el final se entenderá el concepto de la Operación Reducción de Tamaño y las formas de cómo se da ésta en las maquinarias. Asimismo, se conocerán las características más importantes de una partícula cuando se somete a trituración o molienda, se conocerá el concepto de tamiz y por cuáles tamices está formada una serie normalizada Tyler. Luego de todo esto, se analizará la forma de realizar el análisis granulométrico comprendiendo la separación que tienen las partículas en Gruesas y Finas y la forma de trabajar con cada una de ellas para finalmente calcular la potencia de los máquinas de reducción de tamaño usando la Ley de Bond o la Ley de Rittinger.

Introducción.

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. La trituración es un proceso muy ineficaz ya que del total de la energía utilizada en el proceso, solo una pequeña porción es utilizada en la obtención de superficies más pequeñas del sólido.

Definición

La 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.

Los fines de la reducción de tamaño es muy importante en la industria por las siguientes razones:

1. 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.

2. 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.

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

4. 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.

Caracterización de las partículas sólidas

Para caracterizar partículas sólidas se debe hacer énfasis en algunas propiedades que pertenecen a la partícula individual y sobre las cuales se centra el estudio del comportamiento de partículas sólidas en la reducción de tamaño. Entre ellas se tienen el volumen, área superficial, masa, densidad, tamaño y forma de la partícula siendo estas últimas tres las de mayor importancia.

DENSIDAD: las partículas de sólidos homogéneos tienen la misma densidad que el material de origen, mientras que cuando son sólidos heterogéneos, al romperse, presentan diferentes densidades entre sí y con el sólido de origen.

FORMA DE LAS PARTÍCULAS: la forma de las partículas irregulares se define en función de un factor de forma λ (θ, esfericidad) el cual es independiente del tamaρo de la partícula. Si se define Dp como "diámetro de la partícula" que es la longitud de la dimensión de definición, el factor de forma está relacionado con éste valor. El diámetro de la partícula se usa para formular la ecuación genérica del volumen de la Partícula y de la superficie de la partícula. Se trabaja con una partícula en forma de cubo y luego se generaliza llegando a:

El volumen de la partícula (Vp) es: Vp = a Dp3 (I)

Y la superficie de la partícula (Sp) es: Sp = 6bDp2(II)

Con a y b como constantes que definen la forma de la partícula.

Con la relación volumen-superficie de la partícula, queda:

Este factor de forma λ indica cuan cerca estα la forma de la partícula en estudio de las partículas de formas regulares como la esfera, el cubo y el cilindro cuya altura es igual al diámetro con λ=1. A continuación se muestra una tabla contentiva de algunos factores de forma de las partículas.

Tabla N°1. Factor de forma

Material Factor de Forma, λ Material Factor de Forma, λ

Esferas, cubos, cilindros (L=Dp) 1.0 Arena de Cantos vivos 1.5

Arena de cantos lisos 1.2 Vidrio Triturado 1.5

Polvo de Carbón 1.4 Escamas de Mica 3.6

FUENTE: Perry, J.H. "Chemical Engineers Handbook"

TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS: si las partículas tienen la misma dimensión el tamaño lo específica cualquier lado de la misma. En el caso de que sean partículas irregulares, es decir, tengan una dimensión más grande que otra, su tamaño se determina tomando en cuenta la "segunda dimensión" principal más grande.

Igualmente, se puede utilizar el llamado "Diámetro promedio equivalente" (Dp,e), que se define como, el diámetro de una esfera que tiene

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