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GUIAS DE OPERACIONES UNITARIAS: MOLIENDA LABORATORIO N°1: MOLIENDA 1. OBJETIVOS GENERAL Evaluar el efecto que tienen las variables típicas sobre los parámetros más importantes en los procesos de molienda con equipos por fricción. ESPECÍFICOS Determinar la eficiencia, el área específica y el tiempo óptimo de molienda. Calcular la velocidad crítica del molino de discos, al igual que los índices de trabajo de este. 2. TEORÍA RELACIONADA 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

Guia de Molienda

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Molienda; operaciones unitarias

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LABORATORIO N1: MOLIENDA

1. OBJETIVOSGENERAL Evaluar el efecto que tienen las variables tpicas sobre los parmetros ms importantes en los procesos de molienda con equipos por friccin.ESPECFICOS

Determinar la eficiencia, el rea especfica y el tiempo ptimo de molienda. Calcular la velocidad crtica del molino de discos, al igual que los ndices de trabajo de este.2. TEORA RELACIONADA

En los diferentesprocesosdeproduccindealimentos, se presenta la necesidad de separar los componentes de una mezcla en fracciones y de describir los slidos divididos y predecir sus caractersticas. Dentro del campo de la separacin existen en laingenierados grandesgrupos.Uno de estos grupos es el de las separaciones mecnicas que comprenden Filtracin, Sedimentacin y Tamizado (Anlisis Granulomtrico). Estas separaciones son aplicables amezclasheterogneas y se basan en las diferencias fsicas de las partculas, entre las que estn el tamao, la forma y la densidad.Son numerosas las operaciones en laindustriaalimenticia que ameritan un desmenuzamiento de los slidos, una trituracin, una molienda, etc, en otras palabras, unaReduccin de Tamao. As es como, por ejemplo, se muele el trigo y la cebada para obtener harinas, las semillas de soya se muelen y trituran para obteneraceitey harina y elazcares molida durante su procesamiento industrial. La trituracin es unprocesomuy ineficaz ya que del total de la energa utilizada en el proceso, solo una pequea porcin es utilizada en la obtencin de superficies ms pequeas del slido.

LaReduccin de Tamaoes la operacin unitaria en la que el tamao medio de los alimentos slidos es reducido por la aplicacin de fuerzas de impacto, compresin, cizalla (abrasin) y/o cortado. Lacompresinse usa para reducir slidos duros a tamaos ms o menos grandes. Elimpactoproduce tamaos gruesos, medianos y finos, lafrotacin o cizalla, produce partculas finas y elcortadose usa para obtener tamaos prefijados.

Figura N1.1: Reduccin de tamao por aplicacin de fuerzas.

Los fines de la reduccin de tamao son muy importantes en la industria por las siguientes razones:

Facilita la extraccin de un constituyente deseado que se encuentre dentro de laestructuradel slido, como la obtencin de harina a partir de granos y jarabe a partir de la caa de azcar.

Se pueden obtener partculas de tamao determinado cumpliendo con un requerimiento especfico del alimento, como ejemplo la azcar para helados, preparacin de especies y refino del chocolate.

Aumento de la relacin superficie-volumenincrementando, lavelocidadde calentamiento o de enfriamiento, la velocidad de extraccin de un soluto deseado, etc.

Si el tamao de partculas de losproductosa mezclarse es homogneo y de tamao ms pequeo que el original, la mezcla se realiza ms fcil y rpido, como sucede en la produccin de formulaciones, sopas empaquetadas, mezclas dulces, entre otros.

MOLIENDA

La molienda es una operacin unitaria que reduce el volumen promedio de las partculas de una muestra slida. Si se habla de cereales como el arroz, maz o trigo u otras sustancias granuladas, la molienda es el proceso de pulverizacin o harineado partir del endospermo de los granos de cereal. La reduccin se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecnicos hasta el tamao deseado. En la industria agroalimentaria los mtodos de reduccin ms empleados en las mquinas de molienda son compresin, impacto, frotamiento de cizalla y cortado.

Las principales clases de mquinas para molienda son: A) Trituradores (Gruesos y Finos). GUIAS DE OPERACIONES UNITARIAS: MOLIENDA

1. Triturador de Quijadas. 2. Triturador Giratorio. 3. Triturador de Rodillos.

B) Molinos (Intermedios y Finos). 1. Molino de Martillos. 2. Molino de Rodillos de Compresin. a) Molino de Tazn. b) Molino de Rodillos.

3. Molinos de Friccin. 4. Molinos Revolvedores.a) Molinos de Barras.b) Molinos de Bolas.c) Molinos de Tubo.

C) Molinos Ultrafinos. 1. Molinos de Martillos con Clasificacin Interna. 2. Molinos de Flujo Energtico. 3. Molinos Agitadores.

D) Molinos Cortadores y Cortadores de Cuchillas.

A continuacin se presentan las principales clases de mquinas para molienda:La operacin de molienda se realiza en varias etapas:

Primera etapa. La primera etapa consiste en fraccionar slidos de gran tamao. Para ello se utilizan los trituradores o molinos primarios. Los ms utilizados son: el de martillos, muy comn en la industria cementera, y el de mandbulas.Los trituradores de quijadas o molinos de mandbulas se dividen en tres grupos principales: Blake, Dodge y excntricos. La alimentacin se recibe entre las mandbulas que forman una "V". Una de las mandbulas es fija, y la otra tiene un movimiento alternativo en un plano horizontal. Est seccionado por una excntrica, de modo que aplica un gran esfuerzo de compresin sobre los trozos atrapados en las mandbulas. La posicin inclinada de la quijada mvil determina una obstruccin al material por triturarse cuanto ms abajo se encuentre ste, de tal forma que el material se va acercando a la boca donde es triturado. La abertura de la boca puede ser regulada y con esto poder tener variaciones en la granulometra obtenida de este triturador.

Segunda etapa. La segunda etapa sirve para reducir el tamao con ms control, manejndose tamaos intermedios y finos.

El molino est diseado para hacer la molienda gruesa de los cereales y productos parecidos. Los discos tienen en su superficie un material fuerte corrugado y la distancia entre los discos se puede variar y en si se puede controlar el grado de molienda del material. El control de la distancia se puede realizar manual o automticamente. El disco giratorio est puesto directamente sobre el eje del motor eliminando cajas o poleas para la transmisin de la fuerza. Tiene un diseo compacto y un consumo menor de energa lo que implica menores costos de instalacin y mantenimiento del molino. Muchos productos y materias primas de la industria qumica y alimentaria requieren una preparacin y acondicionamiento, con el fin de obtener un tamao determinado de partcula. Esto quiere decir dos operaciones unitarias: reduccin de tamao (trituracin y molienda) y tamizado. Al aplicar la reduccin de tamao a una sustancia se obtiene un producto ms o menos pulverulento, segn su naturaleza, caractersticas del equipo, tiempo de operacin, etc. No todas las partculas producidas tienen el mismo tamao, por lo que es de gran inters conocer la distribucin de tamaos que cada mquina puede producir. Para esto se ha establecido ecuaciones que relacionan las fracciones de partculas retenidas con su tamao y ver cul de todas ellas presenta la mxima generalidad, establecindose as que ningunas de las muchas correlaciones son universales. La molienda es una operacin unitaria, slo hay transformacin fsica de la materia sin alterar su naturaleza. El conocimiento de la granulometra es de suma importancia en diversos procesos industriales, ya que el tamao de partculas representa en forma indirecta reas, que a su vez afectan las magnitudes de los fenmenos de transferencia entre otros.

LEYES QUE RIGEN LOS FENOMENOS DE DESINTEGRACION

LEY DE RITTINGER (1867) Rittinger consider que, durante la molienda de los slidos, la energa necesaria debe ser proporcional a la nueva superficie producida y dio a n un valor de 2. Por lo tanto:

y por integracin:

Dnde: X 1 = es el tamao medio inicial del material de alimentacinX 2 = es el tamao medio final del producto.E = es la energa por unidad de masa necesaria para producir la nueva superficie, midindose corrientemente en caballos hora ton-1 .K = es la llamada constante de Rittinger, que tiene un valor determinado para cada producto y cada aparato concretos.

La ley de Rittinger se cumple bien en la molienda fina, en la que aumenta mucho la superficie.

LEY DE KICK (1885) Kick consider que la energa necesaria para producir una reduccin de tamao dada era proporcional a la relacin de reduccin de tamao, para lo que es necesario que n = 1, en la ecuacin.

Con lo que:

O bien

Siendo

La relacin de reduccin de tamao

La ley de Kick se cumple mejor en la trituracin grosera, en la que la mayor largo de toda su longitud. Este tipo de instalacin obtiene secciones, en forma de cua, de frutas firmes, como las manzanas. La energa necesaria calculada por la ley de Kick resulta demasiado pequea para muchas operaciones de trituracin; la estimada por la ley de Rittinger resulta excesiva.

LEY DE F.C. BOND (1952)Segn Bond, n tiene un valor de 3/2, por lo que

Donde X1 y X2 se miden en micrmetros y E en kWh/ tonelada americana (907,16kg).

Ei= el ndice de trabajo de Bond,

es decir, la energa necesaria para reducirla unidad de masa de la sustancia, desde un tamao de partcula infinito, hasta un tamao tal que el 80 %pase por un tamiz de 100 micrmetros de apertura de malla. El ndice de trabajo de Bond se obtiene en ensayos de laboratorio con el material de alimentacin. Esta tercera teora describe bastante bien las moliendas groseras, intermedias y finas de muchos materiales.

OPERACIN DEL EQUIPO

Para la adecuada seleccin y operacin econmica de las mquinas de reduccin de tamao es preciso cuidar muchos detalles del procedimiento y del equipo auxiliar. No se puede esperar que un quebrantador, un molino o una cortadora funcionen satisfactoriamente excepto que la alimentacin sea de un tamao adecuado y se introduzca con una velocidad uniforme; que el producto se retire lo ms pronto posible una vez que las partculas han alcanzado el tamao deseado; que el material que no es triturable se mantenga fuera de la mquina; y que en el caso de productos de bajo punto de fusin o sensibles al calor se elimine el calor generado en la molienda. Por tanto, calentadores, enfriadores, separadores de metales, bombas y soplantes, as como alimentadores de velocidad constante, son importantes dispositivos complementarios de una unidad de reduccin de tamao.

OPERACIN EN CIRCUITO ABIERTO Y EN CIRCUITO CERRADO.

En muchos molinos la alimentacin se reduce a partculas de tamao satisfactorio pasndola una sola vez a travs del molino. Cuando las partculas de tamaos ms grandes no se hacen retornar a la mquina para su posterior reduccin, se dice que el molino opera en circuito abierto. Esto puede dar lugar a un consumo excesivo de energa puesto que se pierde mucha energa en moler partculas que ya son suficientemente tinas. Si se desea un producto de 50 mallas, evidentemente resulta un despilfarro continuar moliendo el material hasta 100 o 200 mallas. Por consiguiente, con frecuencia resulta econmico retirar del molino el material parcialmente molido y hacerlo pasar a travs de un dispositivo de separacin de tamaos. Los tamaos tinos se retiran como producto mientras que los gruesos se hacen retornar al molino. El dispositivo de separacin est a veces situado en el interior del molino, como ocurre en el caso de molinos de ultrafinos, pero lo ms frecuente es que tales dispositivos sean exteriores al molino. Operacin en circuito cerrado es la denominacin que se aplica a la seccin de un molino y un separador conectados de forma que las partculas gruesas retornan al molino. Para partculas gruesas el dispositivo de separacin es un tamiz o rejilla, mientras que para polvos finos se utiliza alguna forma de clasificador.

CONSUMO DE ENERGIA.

En las operaciones de reduccin de tamao se consumen grandes cantidades de energa, especialmente en la fabricacin de cemento, mo-lienda de carbn, rocas y pizarras, as como en la preparacin de minerales para la obtencin de acero y cobre. La reduccin de tamao es probablemente la menos eficaz de todas las operaciones bsicas: alrededor de un 99 por 100 de la energa se utiliza en la operacin del equipo, produciendo calor y ruido no deseados, quedando menos del 1 por 100 para la creacin de nueva superficie. A medida que se han ido desarrollando procesos que cada vez requieren partculas ms finas para la alimentacin de hornos y reactores, ha aumentado el consumo total de energa, ya que la reduccin hasta tamaos muy finos es enrgicamente mucho ms costosa que la simple trituracin hasta partculas relativamente gruesas. Este hecho se ilustra en la Figura N, que muestra tambin las cantidades tpicas de energa consumida por unidad de masa de producto en los distintos tipos de equipos de reduccin de tamao.

Figura N1.2: consumo de energa frente a tamao del producto en un equipo de reduccin de tamao.

3. METODOLOGA

MATERIAL Y EQUIPOS Molino de discos Balanza Bandejas Sustancia granulada (arroz-maiz) Multmetro

PROCEDIMIENTO.

Lecturas a los 0, 5,10, 15 y 20 segundos.El consumo de amperaje, tomando el multmetro; desplegando la pinza sobre la lnea que conduce la corrienteRepetir los pasos para una nueva graduacin del molino u otra muestraAl molino, una alimentacin continua, de 1000 g de muestra (arroz y maz).El consumo de amperaje, generado por la molienda del solido; en los 0, 5, 10, 15 y 20 segundos.El equipoQue la fuente de energa elctrica, sea la correcta para el funcionamiento y accionamiento del equipo.Que los elementos que permiten el normal funcionamiento del molino, se encuentre en su lugar y estn correctamente ajustadas.

Figura N1.3: Molino de discos

4. RESULTADOSTIEMPO (seg)AMPERAJE

0

5

10

15

20

Tabla N1.1: medida del amperaje del molino en vaco.

TIEMPO(seg)AMPERAJE

0

5

10

15

20

Tabla N1.2: medida del amperaje del molino en carga.

5. BIBLIOGRAFIA

1. Manual de laboratorio de Ingeniera de Alimentos. g.v. Barbosa Canovas. L, M, A. B.Borletta. Editorial Acribia. S.A.

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