Cap 4 Balance de Materia y Energia en Elaboracion de Harinas

HARINA DE CEREALES

DISEO DE PLANTAS Pgina 32

CAPITULO IV

ESTUDIO TECNICO En este captulo se describe, por un lado, el proceso que sigue la materia prima para ser transformada en el producto deseado, harina de trigo, en la fbrica objeto de estudio y, por otro, la maquinaria presente en la misma.

4.1.- PROCESO DE ELABORACIN DE HARINA EN LA FBRICA

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En el diagrama anterior del proceso de molienda se representa de forma esquemtica el proceso de elaboracin que se va a explicar a continuacin para facilitar de esta forma la comprensin del mismo.

La materia prima llega a la planta por medio de transporte de carga, los cuales se recepciona para luego hacer el cribado rpido y luego hacer el pesaje de la carga.

Tras el pesado, el trigo se descarga en una tolva, desde la cual asciende por Medio de un elevador de cangilones hasta el domo del silo de 10 ton. Y almacenar para luego procesar el cereal. La salida de los silos se produce mediante dosificadores, los cuales depositan el trigo en el redler, transportndolo ste hasta un elevador de cangilones que lo llevar hasta el domo del silo de media tonelada (almacenamiento secundario) esta operacin de almacenamiento se realiza para cada da operacin, planta donde comienza limpieza del cereal.

El proceso de la limpieza comienza con el sistema de ventilado seguidamente el cereal pasara por un sistema de cribado y luego la materia pasa a al sistema de separacin por peso especfico, posteriormente si es quinua ha de pasar por un proceso de saponificacin y luego todos los cereales pasan por sistema de lavado y finalmente el material se somete a un proceso de descascarillado esto se hace solo a los cereales como ser: el trigo, cebada, avena, sorgo, arroz y todo lo dems cereales incluyendo los cereales procedentes del descascarillado se somete a un secador hasta obtener una humedad requerida para la molienda, seguidamente todos los cereales se someten al proceso de molienda, de ah al envasado, finalmente el producto se almacenara y se despachara al mercado la toda la harina elaborada.

4.1.2.- RECEPCIN

Los diferentes tipos de cereales se transportan hasta la planta en camiones de carga u luego se descargan en la tolva dispuesta a tal efecto, pero previamente se hacen pasar por una cribadora esto con la finalidad de retener elementos de tamao mayor que los cereales como piedrecillas y seguidamente se procede la pesaje de la carga en la Bscula y as determinar el monto a cancelar del cereal, luego todo el producto se somete a una tolva y por un elevador de cangilones hasta el domo del silo del almacenamiento primario

4.1.3.- ALMACENAMIENTO PRIMARIO Y SECUNDARIO

El cereal despus de recepcionar se debe almacenar todo el cereal en un silo de 10 toneladas ya que durante el mes de operacin del cualquier cereal es de 9 toneladas. El material llega hasta el domo del silo travs de un elevador de cangilones.

El almacenamiento secundario consiste en hacer una distribucin del cereal al silo de 0.5 ton. Una cantidad de 450 kg de cereal, esta operacin se realiza diariamente ya que la cantidad a procesar es de 450 kg, el cereal procedente del silo de 10 ton se hace travs de un rodler es transportada travs de un elevador de cangilones hasta el domo del silo de 0.5 ton.

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4.1.4.- SISTEMA DE VENTILADO

La aspiracin o separacin por corrientes de aire ascendente se usa principalmente para separar polvo, paja, hojas y otras partculas ligeras de granos enteros. La separacin se basa en las propiedades aerodinmicas de las diferentes partes de material que entra en la mquina.

FILTRO CICLN DE INYECCIN El filtro de baja presin se usa ventajosamente para extraer eficazmente las partculas de polvo mezcladas con el aire. Los distintos tamaos del equipo permiten utilizar ptimamente los filtros para caudales de aire de 18 a 624 m3/min. Gracias a la entrada de aire con polvo por la parte inferior de la carcasa cilndrica de filtro, en primer lugar se produce una separacin por fuerza centrfuga. A continuacin tiene lugar el filtrado del aire con polvo por medio de las mangas filtrantes especiales, consiguindose aire con un alto grado de pureza que cumple plenamente las leyes medioambientales actuales..

4.1.5.- SISTEMA CRIVADORA

EL cereal procedente del sistema de ventilado cae por accin de gravedad a la tolva de la cribadora y en ella el cribado se realiza de forma combinada la separacin de impurezas gruesas, finas y ligeras y de diferentes tamaos. El producto por separar llega en libre cada a travs de la entrada de una tolva al tamiz abierto, que separa las impurezas como piedras otros cereales diferente al que se est procesando, pajas y otras impurezas de diferente tamao. El movimiento circular de los tamices permite sobre una superficie dada de tamiz, una capacidad aumentada y un efecto mejorado de la separacin.

4.1.6.- SEPARADOR DE PESO ESPESIFICO

Esta operacin se lleva a cabo en la mesa gravimetra o mesa granza donde el principio de separacin es la diferencia de pesos especficos entre el cereal y la cscara o productos ms pesados o ms livianos los cuales es conveniente separarlos. Permite separar piedras y fragmentos de vidrio o plstico basndose en su diferente densidad. As mismo se usan tambin para separar la fraccin de trigo de menor densidad (30% del total). Poseen unos paneles vibrantes que, con ayuda de una corriente de aire, que circula de por aspiracin de abajo a arriba, consiguen en primer lugar estratificar el material particula, para a continuacin separarlo en fracciones, en funcin de su diferente peso especfico

4.1.7.- DESAPONIFICACIN

Escarificado o de saponificado por va seca. El mtodo va seca, se basa en la friccin entre granos por accin mecnica (escarificado); se obtiene la saponina en forma de polvo, combinado con otras impurezas. La saponina no se extrae en su totalidad, sin correr el riesgo

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de producir rotura de granos. Este mtodo utiliza un equipo sencillo y, se puede recolectar la saponina evitando la contaminacin ambiental. Este mtodo es recomendado por varios investigadores. Segn Zabaleta, citado por Bacigalupo y Tapia, (1990), el nivel mximo aceptable de saponina en la quinua para consumo humano oscila entre 0.06 y 0.12%.

Tellera et al. (1978) demostraron que las variedades de quinua Sajama (1.7 %) y blanca (1.9 %) presentan menor concentracin de saponinas que las variedades amarilla (2.3 %) y colorada (2.8 %). Estos valores se obtuvieron despus de lavar la quinua a temperatura 50C, donde se removi un 75 a 80 % de la saponina. Segn Ruales and Fair (1992) las saponinas de la quinua son glucsidos triterpenoidales, localizadas en el pericarpio de las semillas y solubles en metanol y agua. Lock De Ugaz, O.,(1988) reporta reaccin positiva al reactivo de Lieberman-Burchad, Salkowski.

Este proceso es netamente y exclusivamente para quinua, el cargado de quinua al equipo de desaponificador es manual, Luego de este proceso se obtiene la quinua lista para el lavado

4.1.8.- SISTEMA DE LAVADO

Los cereales despus de haber pasado por un proceso de seleccin y limpieza se hace el lavado con el fin de liberar a la planta cualquier sustancia o suciedad y que mantenga su caractersticas aumentar la calidad del producto, este proceso se lleva a cabo por medio de maquinaria especial para lavar o lavado artesanal. Esta etapa puede ser o no la ltima etapa de la limpieza. En esta proceso an se pueden remover los granos poco pesados o alguna impureza qu no se haya separado, aprovechando que estos flotan al tener menor densidad que el grano bueno a esto se denomina separacin hidrogravimtrica, en el caso de la quinua es importante el lavado ya que con este proceso se completa la desaponificadion de la misma y est apto para el consumo humano

4.1.9.- SISTEMA DE DESCASCARILLADO

Este proceso es especficamente para los siguientes cereales como ser. El arroz, avena, cebada, trigo y sorgo, En esta operacin el objetivo es retirar la cascarilla que cubre al grano, para ello se usa una mquina denominada descascarilla dora que acta sobre el grano usando dos rodillos que giran a gran velocidad mientras el flujo de grano pasa entre ellos. El producto de esta etapa contiene el grano la finalidad de descascarillado es obtener un cereal libre de pericarpios o salvados y as obtener la harina de estos cereales de alta calidad calidad.

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4.1.10.- SISTEMA DE MOLIENDA

Para la obtencin de la harina lo nico que resta por hacer es el proceso de molido que consiste en colocar a los cereales a procesar en un molino de martillo para lograr el producto final. Cabe destacar que de la quinua resultante del proceso de desaponificacin despus del proceso de molido no se desperdicia; por lo tanto se puede decir que es un proceso confiable como tambin pasa lo mismo con los cereales que pasaron el proceso de descascarillado

4.1.11.- EMPAQUE Y ETIQUETADO

Luego se procede al empaque de la harina, el material puede ser en sacos de yute, cabuya o plstico (polipropileno). El etiquetado servir como identificacin tanto de la empresa como del producto ya que contendr datos como peso, marca y logotipo de la empresa. Esta etiqueta vendr ya previamente impresa en los envases de diferentes capacidades.

La operacin de envasado es manual debido a los costos de los envasadores muy elevados, los embaces que salen al mercado sern de 1kg, 3kg, 6kg, 12kg

4.1.12.- ALMACENAMIENTO DE LA HARINA Y DESPACHO

La harina se suele producir a medida que se necesita y no se almacena con frecuencia por largos perodos pues tiende a volverse rancia. Los productos resultantes del proceso de molienda se almacenan en los respectivos envases. Los distintos tipos de harinas pueden ser mezclados para conseguir el producto deseado por el cliente. Por ltimo, la carga del producto se podr realizar mediante sacos o carga a granel. EL despacho del producto es la distribucin al mercado local en diferentes embaces ya mencionadas

4.2.- BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

4.2.1.- SIST. DE VENTILADO

= % 100 (1) = (2) Modelo matemtico

m1=masa a procesar entrada

m2=masa a procesar salida

md1=masa desecho salida

Aire

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TABLA N 1.- Datos de impurezas y resultados de balance de materia de ventilado OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

MAXIMA IMPUREZA

IMPUREZA PROMEDIA

MASA ENTRADA

MASA DESECHO

MASA SALIDA

MEZ CEREAL % IMPm %IMP m1 md1 m2 febrero arroz 1.5 0.75 450 3.375 446.625 marzo mijo 1 0.5 450 2.25 447.750 abril avena 1.5 0.75 450 3.375 446.625 mayo cebada 1.5 0.75 450 3.375 446.625 junio trigo 1.5 0.75 1340 10.05 1329.950 julio maz 1 0.5 450 2.25 447.750 agosto quinua 2 1 450 4.5 445.500 septiembre amaranto 1.8 0.9 450 4.05 445.950 octubre sorgo 2 1 450 4.5 445.500 noviembre trigo 1.5 0.75 1340 10.05 1329.950 noviembre maz 1 0.5 450 2.25 447.750 Fuente: elaboracin propia en Excel Fuente de datos de impurezas: tesis de elaboracin de diferentes harinas (internet-recoleccin)

4.2.2.- SISTEMA CRIVADORA

TABLA N 2.- Datos de impurezas y resultados de balance de materia de la cribadora OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

VARIACIN IMPUREZA

VALOR PROMEDIO

MASA- ENTRADA

MASA -DESECHO

MASA -SALIDA

mes CEREAL % IMP %IMP p m2 md2 m3 febrero arroz 0.2-2 1.1 446.625 4.913 441.712 marzo mijo 0.1-2 1.05 447.750 4.701 443.049 abril avena 1-4 2.5 446.625 11.166 435.459 mayo cebada 1-5 3 446.625 13.399 433.226 junio trigo 1-5 3 1329.950 39.899 1290.052 julio maiz 0.2-2 1.1 447.750 4.925 442.825 agosto quinua 0.1-2 1.05 445.500 4.678 440.822 septiembre amaranto 0.1-2 1.05 445.950 4.682 441.268 octubre sorgo 0.2-4 2.2 445.500 9.801 435.699 noviembre trigo 1-5 3 1329.950 39.899 1290.052 noviembre maiz 0.2-2 1.1 447.750 4.925 442.825

= % 100

3

4

Modelo matemtico




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Fuente: elaboracin propia en Excel Fuente de datos de impurezas: tesis de elaboracin de diferentes harinas (internet-recoleccin)

4.2.3.- SISTEMA DE SEPARACION POR PESO ESPESIFICO

TABLA N 3.- Datos de impurezas y resultados de balance de materia del separador por peso especfico OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

VARIACIN IMPUREZA

VALOR PROMEDIO

MASA- ENTRADA

MASA -DESECHO

MASA -SALIDA

mez CEREAL % IMP %IMPp m3 md3 m4 febrero arroz 0.1-0.8 0.45 441.712 1.988 439.724 marzo mijo 0.1-0.5 0.3 443.049 1.329 441.719 abril avena 0.2-1 0.6 435.459 2.613 432.847 mayo cebada 0.2-1 0.6 433.226 2.599 430.627 junio trigo 0.2-1 0.6 1290.052 7.740 1282.311 julio maz 0.1-0.5 0.3 442.825 1.328 441.496 agosto quinua 0.1-0.5 0.3 440.822 1.322 439.500 septiembre amaranto 0.1-0.5 0.3 441.268 1.324 439.944 octubre sorgo 0.1-0.6 0.35 435.699 1.525 434.174 noviembre trigo 0.2-1 0.6 1290.052 7.740 1282.311 noviembre maz 0.1-0.5 0.3 442.825 1.328 441.496 Fuente: elaboracin propia en Excel Fuente de datos de impurezas: tesis de elaboracin de diferentes harinas (internet-recoleccin)

4.2.4.- SISTEMA DE DESAPONIFICACIN

%

1005

6

Modelo matemtico




DESAPONIFICADOR

%

1007

8

Modelo matemtico

mE=masa a procesar entrada=m4

ms4=masa a escarificada salida

mdS=masa desecho salida

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TABLA N 4.- Datos de impureza y resultados de balance de materia del desaponificador

CEREAL Valor mximo valor promedio

Masa Entrada

Masa saponina Masa salida

% saponina %sap p me=m4 m.ds ms4 quinua 2.8 1.4 439.500 6.153 433.347

Fuente: elaboracin propia en Excel Fuente: d %saponina: http://laquinua.blogspot.com/2009/02/determinacion-de-saponina-total-en.html

4.2.5.- SISTEMA DE LAVADO

2.2.5.1.- DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA HUMEDAD X2 DESPUES DE LAVADO Masa del solido seco

!

"#$9

XI = humedad inicial terica MI=masa del solido con una humedad X (terica) MH= masa hmeda despus de lavado Humedad final &'

()

10)

TABLA N 5.- determinacin de la humedad final despus de lavado

CEREAL

HUMEDAD TEORICA

MASA INICIAL

MASA DEL SOLIDO

SECO MASA

D/LAVADO HUMEDAD D/LAVADO

XI (KgW/KgS) MI (g) MS (g) MH (g) XF (KgW/KgS) ARROS 12.5 300 266.6667 334.3 0.254 mijo 13 450 398.2301 492.8 0.237 sorgo 12 250 223.2143 288.3 0.292 avena 11.5 300 269.0583 346.4 0.287 cebada 13 100 88.4956 112.7 0.274 trigo 12 300 35375.111 28.875 45589.556 maz 12.5 470 417.7778 513 0.228 quinua 11 450 405.4054 525.6 0.296 amaranto 11.5 450 403.5874 514.36 0.2745 trigo 12 300 17687.427 28.875 22794.613 maz 12.5 470 417.7778 513 0.228 Fuente: propia NOTA: con la ecuacin (9)(capIV) se calcul la masa del solido seco (Ms) teniendo como dato la humedad terica y la masa inicial (MI) (masa del solido a lavar con una humedad terica)

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con la ecuacin (10)(capIV) se calcula la humedad despus de lavado (XF), teniendo como dato la masa del solido seco Ms y la masa del solido hmedo (despus de lavado) MH, la misma que fue determinada experimentalmente.

4.2.5.2.- BALANCE DE MATERIA EN EL SISTMA DE LAVADO

TABLA N 6.- Datos y resultados de balance de materia despus de lavado

OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROCESAR

MASA INICIAL.

HUMEDAD TEORICA

MASA SOLIDO SECO

HUMEDAD D/LAVADO

MASA D/LAVADO

mez CEREAL m4 %XI mss %XF m5 febrero arroz 439.724 12.5 390.866 25.400 490.146 marzo mijo 441.719 13 390.902 23.748 483.732 abril avena 432.847 11.5 388.203 28.753 499.823 mayo cebada 430.627 13 381.086 27.351 485.317 junio trigo 430.627 12 1144.921 28.875 1475.513 julio maiz 39620.124 12.5 35375.111 28.875 45589.556 agosto quinua 441.496 11 395.946 29.648 513.336 septiembre amaranto 439.500 11.5 394.568 27.450 502.877 octubre sorgo 439.944 12 387.655 29.158 500.690 Noviembre/2 trigo 434.174 12 1144.921 28.875 1475.513 Noviembre/2 maiz 441.496 12.5 392.441 22.793 481.888 Fuente: elaboracin propia

*

LAVADO

H2O

( (1 + &)(13)

Modelo matemtico

Humedad en base seca & = ,-),..,.. (11) Masa del solido seco = ,-"#/ (12) Masa hmeda despus de lavado

m.4= masa del solido a una humedad X1

mss=masa del solido seco

m5=masa hmeda despus de lavado a una

umedad X2

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4.2.6.- SISTEMA DESCASCARILLADO

.

TABLA N 7.- Datos y resultados de balance de materia despus del descascarillado

OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROCESAR

SALVADO 0 PERICARPIO

MASA A DESCASCARILLAR

MASA DE PERICARPIO

MASA DESCASCARILLADA

mez CEREAL %Pe m5 mds m6 febrero arroz 25 490.146 122.537 367.610 marzo mijo 483.732 483.732 abril avena 15 499.823 74.973 424.850 mayo cebada 18 485.317 87.357 397.960 junio trigo 15 1475.513 221.327 1254.186 julio maz 6 481.888 28.913 452.975 agosto quinua 513.336 513.336 septiembre amaranto 502.877 502.877 octubre sorgo 7.9 500.690 39.554 461.135 noviembre trigo 15 1475.513 221.327 1254.186 noviembre maz 6 481.888 28.913 452.975 Fuente: elaboracin propia Fuente de datos de pericarpio o salvado. Tesis de elaboracin de diferentes harinas (internet-recoleccin) y bibliografas de los cereales

4.2.7.- SISTEMA DE SECADO SECADOR ROTATORIO

El secado se realizar a alta temperatura, 65C a la entrada del flujo del aire en un secador continuo, Reducindose as el contenido de humedad de 16 %. Hasta 13% de humedad requerida para la molienda de acuerdo a cada cereal. El flujo de solido a secar a de variar de acuerdo a la humedad de alimentacin y la humedad requerida para la molienda, puesto que el secador operara en su mayor parte 3 horas diarias y en las maanas, con excepcin de quinua y amaranto que se ha de secar en 4 horas, estos cereales absorben mayor cantidad de humedad y los porcentajes de humedad requerida son de 14 y 13% de humedad respectivamente

*

*

0 DESCASCARILLADO

%1 *100 (14) 0 = * (15)

Modelo matemtico

m5 = masa del solido a descascarillar

mds=masa del desecho o masa de

pericarpio (chala)

m6=masa del cereal descascarillada

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1 ,2

316

,..

3

%45,..

366 17

1 + &18

DONDE: m6=masa total antes del secado ts=tiempo requerido para secar la masa antes del secado S1=Flujo del cereal hmedo a secar con una humedad X1 S2=Flujo del cereal a la salida del secador a una humedad X2 S= Flujo del cereal de solido seco que circula por el reactor X1= Humedad inicial a la entrada del secador (dato experimental) X2=Humedad final o requerida para la molienda (dato teorico)

TABLA N 8.- Datos y resultados a la salida del secador

OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

FLUJO ENTRADA

HUMEDAD ENTRADA

HUMEDAD REQUERIDA

FLUJO SOLIDO SECO

FLUJO A LA SALIDA

mez CEREAL S1 %X1 %X2 Sss S2 febrero arroz 122.537 25.400 14 97.717 111.397 marzo mijo 161.244 23.748 14 130.301 148.543 abril avena 141.617 28.753 16 109.991 127.589 mayo cebada 132.653 27.351 16 104.163 120.830 junio trigo 156.773 28.875 16 121.648 141.111 julio maz 150.992 22.793 13 122.965 138.950 agosto quinua 128.334 29.648 14 98.986 112.845 septiembre amaranto 125.719 27.450 13 98.642 111.466 octubre sorgo 153.712 29.158 14 119.010 135.672 Noviembre/2 trigo 156.773 28.875 16 121.648 141.111 Noviembre/2 maz 150.992 22.793 13 122.965 138.950 Fuente: elaboracin propia

SECADOR

ROTATORIO 7 8 9:;

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4.2.7.1.- BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN EL SISTEMA DE SECADOR

BALANCE DE MATERIA (&1 &2) + 7 (;2 ;1) = 0(19)

BALANCE DE ENERGIA (91 92) + 7 (9;2 9;1) = = 0(20)DONDE: S= Flujo del cereal de solido seco que circula por el reactor G= flujo de aire requerido para secar al flujo del cereal hmeda X1= Humedad inicial a la entrada del secador (dato experimental) X2=Humedad final o requerida para la molienda (dato terico) Y2=humedad del aire que ingresa al secador Y1=humedad del aire a la salida del secador Q=calor perdido al ambiente

4.2.7.2.- MODELOS MATEMATICOS PARA LA DETERMINACIN DE LA HUMEDAD (Y1) Y EL FLUJO DEL AIRE (G), POTENCIA REQUERIDA (Pot) = = > ? @)@ABCDEFGHD/FGHI (21)> = JK(LMJM)"NOPCJKJM IQ " /LK (22) = R S? T(23)U1 = 4 V(WXYX) (24)

- Z?[\1]]^[`?abcSc?a^[

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gc 0.1598 0.0010463 8c + 3.92k 06 8c 3.867k 09 8c(35) l = 0.9109 + 0.0086563 8c 0.00002546 8c + 2.507k 08 8c(36) \ = 0.6596 + 0.0060367 8c 0.00001732 8c + 1.733k 08 8c (37)Z1 = 1.005 + 1.88 ;1(38) Z2 = 1.005 + 1.88 ;2(39) Z = " (40) Z1 = Z + Z &1 (41) Z = 4"4 (42)9;2 = Z2 (82 8) + TZ2 ;2 (43)2 = 3072.27 C1 @0t.I6.t* (44)91 = Z1 (

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TABLA n 9.- tabla de variables a usar en el secador y las unidades primera parte

NRO Variable UNIDADES ESPESIFICACION 1 A m^2 rea transversal interna 2 Ao m^2 rea del secador en funcin al dimetro externo 1 B 1/(Ta+273.15) parmetro de la ecuacin de grashof 2 CP KJ/(Kg*K) color especifico de cada cereal 3 CPS KJ/(Kg*K) calor especifico promedio del solido o cereal 4 CPS1 KJ/(Kg*K) calor especifico de cada cereal a la entrada del

secador 5 CPS2 KJ/(Kg*K) calor especifico de cada cereal a la salida del secador 6 CPw KJ/(Kg*K) calor especifico del agua 7 CS KJ/(Kg*K) calor especifico promedio del aire 8 CS1 KJ/(Kg*K) calor especifico a la salida del secador 9 CS2 KJ/(Kg*K) calor especifico a la entrada del secador

10 d Kg/m^3 densidad del aire 11 di m dimetro interno del secador 12 do m dimetro externo del secador 13 DTM k delta de temperatura logartmica 14 G Kg/h flujo del aire seco 15 g 9.80665 gravedad 16 Gr - numero adimensional de grashof 17 Gs Kg/(h*m^2) flujo del aire seco superficial 18 hi h*m*K/KJ coeficiente de conveccin forzada interna 19 ho h*m*K/KJ coeficiente de conveccin natural externa 20 Hog m unidad de longitud de transferencia de materia 21 HS1 KJ/Kg entalpia del solido a la entrada del secador 22 HS2 KJ/Kg entalpia del solido a la salida del secador 23 HY1 KJ/Kg entalpia del aire a la salida del secador 24 HY2 KJ/Kg entalpia del aire a la entrada del secador 25 K KJ/(h*m*K) conductividad trmica del acero inoxidable 26 ka KJ/(h*m*K) conductividad trmica del aire por exterior del

secador

27 kai KJ/(h*m*K) conductividad trmica del aire por interior del secador

28 L m longitud del secador 29 Lc m longitud de control del secador 30 LCF KJ/Kg calor latente de cambio de fase promedia

Fuente: propia

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TABLA N 10.- tabla de variables a usar en el secador y las unidades segunda parte

NRO Variable UNIDADES ESPESIFICACION

31 LCF1 KJ/Kg calor latente de cambio de fase del agua a la salida del secador

32 LCF2 KJ/Kg calor latente de cambio de fase del agua a la entrada del secador

33 NTU - nro. de unidades de trasferencia de masa en el secador

34 PI 3.141593 constante pi 35 Pot KW potencia o calor requerida para secar el cereal 36 Pr2 - nro. de PRAND externa 37 Pri - nro. de prand interna 38 Q KJ/h calor total perdida al ambiente 39 Ra - nro. de Raley 40 Re - nro. de Reynolds 41 S Kg/h flujo de solido seco 42 T k temperatura promedia del aire en el secador 43 T1 k temperatura del aire a la salida del secador 44 t1 k temperatura del solido a la entrada del secador 45 t2 K temperatura del solido a la salida del secador 46 T2 k temperatura del aire a la entrada del secador 47 Ta k temperatura del ambiente 48 TO k temperatura de referencia 273.15k

49 u Kg/m*s viscosidad dinmica del aire en el exterior del secador

50 U h*m*K/KJ coeficiente global de transferencia de calor 51 Ua KJ/(h*m^3*K) coeficiente global de transferencia de materia en SI 52 Uas BTU/(h*ft^3F) Coeficiente global de trasferencia de materia en

sistema ingles 53 ui Kg/m*s viscosidad dinmica del aire en el interior del secador 55 v m^2/s viscosidad cinemtica al exterior del secador 56 vh m/h velocidad del aire 57 Vm m^3/h flujo volumtrico del aire 58 vs m/s velocidad de aire 59 X1 Kgw/KgS humedad del cereal a la entrada del secador 60 X2 Kgw/KgS humedad del cereal a la salida del secador 61 Y1 Kgw/Kga humedad del aire a la salida del secador 62 Y2 Kgw/Kga humedad del aire a la entrada del secador

Fuente: elaboracin propia

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4.2.7.3.- DERMINACION DE HUMEDAD

Determinacin de la humedad del aire en sucre para los meses de operacin. A partir de los datos obtenidos del Senamhi de la variacin de temperatura. Presin y humedad relativa se puede obtener la humedad de alimentacin del aire al secador de febrero septiembre (datos del 2013) octubre y noviembre (datos del 2012)

NOTA.- las operaciones de clculos se realizaron con los datos promedios de variacin de presin promedio, temperatura media mxima debido a que se trabajara de da, humedades relativas promedias de cada mes de operacin as como se muestran en la siguiente tabla

TABLA N 11.- datos de las condiciones ambientales de sucre (aeropuerto SENAMHI)

OPERACIN MENSUAL

TEMP.MED MAXIMA

HUMEDAD RELATIVA

VARIACION DE PRESION

1atm = 1013.25Hpa

1atm = 760mmHg

K = C+273.15

mes TMED (C)

YMED (Kgw/KgA)

PMED (Hpa)

PMED (atm)

PMED (mmHg)

TMED (K)

febrero 19.7 76.1 720.2 0.7108 540.1944 292.85 marzo 20.5 73.1 720.0 0.7106 540.0444 293.65 abril 21.1 58.7 720.5 0.7111 540.4194 294.25 mayo 21.2 56.3 720.1 0.7107 540.1194 294.35 junio 19.4 52.5 720.3 0.7109 540.2694 292.55 julio 20.8 49.7 720.4 0.7110 540.3444 293.95 agosto 21.3 46.2 719.8 0.7104 539.8944 294.45 septiembre 23.0 47.4 719.0 0.7096 539.2943 296.15 octubre 24.4 50.7 718.5 0.7091 538.9193 297.55 noviembre 22.4 63.7 719.2 0.7098 539.4444 295.55 noviembre 22.4 63.7 719.2 0.7098 539.4444 295.55 Fuente: propia Fuente de datos de (T, P, Y)MED: SENAMHI /SUCRE BOLIVIA

Ecuacin de ANTOINE.- para agua, vlida para terminar presin de saturacin o temperatura de saturacin

T = @) Ec. General

DONDE: A,B,C SON constantes de la ecuacin de antaine especficos para el agua, si remplazamos a la ecuacin sus valores de cada constante tendremos la siguiente expresin.

T = 18.3036 j0.@)0. => d = exp C18.3036 j0.

@)0.I 58

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;u = ; = 44 > ;u ; 59

Humedad del aire (Y) ; = E $ 4

4)4 => ; = j.6j.t

44)4

60

= C : +

I u@4 >

4 u@: "

> 4j.6j.t

u@:j.t"j66 61

DONDE:

Ps= presin de saturacin del agua a temperatura del ambiente (mmHg) PA = Presin parcial del agua en el aire (mmHg) P=presin local de sucre (aeropuerto) YMED= humedad relativa del aire (Kg.agua/Kg.aire) Y

= humedad del aire a la temperatura y presin del ambiente (Kg.agua/Kg.aire) =Volumen hmedo del aire hmedo R= 0.08205 atm*m^3/(kmol*K) Cte de los gases = Densidad del aire hmedo

TABLA N 12.- resultados de presin de saturacin, humedad y densidad del aire

OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

LN(PS)=18.3036-3816.44/(TK-46.13)

HUMEDAD DEL AIRE

DENSIDAD DEL AIRE

MES CEREAL PS (mmHg) PA (mmHg) Y (Kg.W/Kg

A) A

(Kg/m^3) febrero ARROS 17.0285 12.9587 0.0153 0.7244 marzo mijo 17.9015 13.0860 0.0154 0.7240 abril sorgo 18.5816 10.9074 0.0128 0.7275 mayo avena 18.6971 10.5265 0.0124 0.7276 junio cebada 16.7109 8.7732 0.0103 0.7302 julio trigo 18.2388 9.0647 0.0106 0.7299 agosto maiz 18.8132 8.6917 0.0102 0.7298 septiembre quinua 20.8856 9.8998 0.0116 0.7273 octubre amaranto 22.7385 11.5284 0.0136 0.7246 noviembre*1/2 trigo 20.1326 12.8245 0.0151 0.7235 noviembre*2/2 maiz 20.1326 12.8245 0.0151 0.7235


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4.2.7.4.- ALGORITMO DE CLCULO PARA CADA PROSESO DEL CEREAL PARA EL SOFTWARE POLYMAT 6.0

G = 863.85 # suponer G hasta que Lc=2.40 # variables que varian en funcio a la especie y las cond de operacion X2 = 0.16 X1 = 0.2886 S = 108.938 Y2 = 0.0151 t1 = 295.55 CP = 1.39 d = 0.7235 # variables que mantienen cte su valor Ta = t1 L = 2.4 K = 48.24 do = 0.43935 PI = 3.141592654 TO = 273.15 CPw = 1.88 T2 = 65 + 273.15 di = 0.43325 A = PI * do * L # variables que no dependen de la temperatura Vm = G / d vh = Vm / A vs = vh / 3600

Y1 = S * (X1 - X2) / G + Y2 CS1 = 1.005 + 1.88 * Y1 CS2 = 1.005 + 1.88 * Y2 CS = (CS1 + CS2) / 2 CPS1 = CP + CPw * X1 HY2 = CS2 * (T2 - TO) + LCF2 * Y2 LCF2 = 3072.27 * (1 - T2 / 647.3) ^ 0.375 CPS = (CPS1 + CPS2) / 2 HS1 = CPS1 * (t1 - TO) CPS2 = CP + CPw * X2

# variables dependientes de la temperatura f(t2) = t1 - G * (HY2 - HY1) / (CPS * S) - t2 t2(0) = 315 HS2 = (CPS2) * (t2 - TO)

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LCF1 = 3072.27 * (1 - T1 / 647.3) ^ 0.375 HY1 = CS1 * (T1 - TO) + LCF1 * Y1

f(T1) = S * (HS1 - HS2) + G * (HY2 - HY1) - Q T1(0) = 312

Q = U * Ao * (T2 - T1) / (ln((T2 - Ta) / (T1 - Ta))) Ao = PI * do * Lc

Lc = Hog * NTU Hog = G * CS / (A * Ua) Gs = (G/A) * 0.20485 Uas = 0.5 * ((Gs) ^ 0.67) / (di * 3.28) Ua = 67.066 * Uas

NTU = (T2 - T1) / DTM DTM = ((T2 - t2) - (T1 - t1)) / (ln((T2 - t2) / (T1 - t1))) Pot = G * HY2 / 3600

# Determinacin de coef de transferencia global de calor U = 1 / (do / (hi * di) + do * ln(do / di) / K + 1 / ho) Re = 4 * G / (PI * di * ui) hi = (kai/di) * (0.027 * (Re ^ 0.8) * Pri ^ (1 / 3))

kai = 0.1598 - 0.0010463 * T + 3.92E-06 * T ^ 2 - 3.867E-09 * T ^ 3 ui = -0.9109 + 0.0086563 * T - 0.00002546 * T ^ 2 + 2.507E-08 * T ^ 3 Pri = CS * ui / kai T = (T1 + T2) / 2

ho = (ka/do) * (0.6 + (0.387 * Ra ^ (1 / 6)) / (1 + (0.559 / Pr2) ^ (9 / 16)) ^ (8 / 27)) ^ 2 Ra = Gr * Pr2 Gr = (g * B * (T - Ta) * L ^ 3) / (v ^ 2) g = 9.80665 B = 1 / (Ta + 273.15) Pr2 = CS1 * u / ka

ka = 0.1598 - 0.0010463 * Ta + 3.92E-06 * Ta ^ 2 - 3.867E-09 * Ta ^ 3 u = -0.9109 + 0.0086563 * Ta - 0.00002546 * Ta ^ 2 + 2.507E-08 * Ta ^ 3 v = -0.6596 + 0.0060367 * Ta - 0.00001732 * Ta ^ 2 + 1.733E-08 * Ta ^ 3

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4.2.8.- SISTEMA DE MOLIENDA

TABLA N 16.- resultados de balance de materia en el molino

OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

FLUJO ENTRADA

Porcentaje de salvado

Masa del salvado

Masa a la salida

Masa total de harina

mez CEREAL S2 %Sa m s m7 mf febrero arroz 111.397 1 1.114 110.283 330.849 marzo mijo 148.543 1.5 2.228 146.315 438.944 abril avena 127.589 2 2.552 125.038 375.113 mayo cebada 120.830 2 2.417 118.413 355.239 junio trigo 141.111 1 1.411 139.700 1117.603 julio maiz 138.950 5 6.948 132.003 396.008 agosto quinua 112.845 1 1.128 111.716 335.148 septiembre amaranto 111.466 1 1.115 110.351 331.053 octubre sorgo 135.672 1 1.357 134.315 402.945 noviembre trigo 141.111 1 1.411 139.700 1117.603 noviembre maiz 138.950 5 6.948 132.003 396.008 Fuente: elaboracin propia

4.2.8.1.- RENDIMIENTO DEL PROCESO DE MOLIENDA Y PRDIDAS

% = eddd 10064

% 100 %65

%= porcentaje de rendimiento %p=porcentaje de perdidas Msh=masa de la harina final en base seca Mss=masa del cereal a procesar en base seca

0

M MOLINO DE

MARTILLO

t

%c 0

10062

t 0 63

Modelo matemtico

m6 = masa del cereal a moler

ms =masa de salvado o desecho o masa

m7=masa de la harina molida

mf= masa total operada por da

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TABLA N 16.- resultados de % de rendimiento y %perdida


4.3.- ESPECIFICACIN DE LOS EQUIPOS Y MATERIALES

HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS

Hoja de especificaciones para la planta piloto de cereales Ubicacin : Instituto Tecnolgico de Alimentos

Equipo: Bscula Posicin: horizontal N de equipo: 1

Precio: 130,490 $

Capacidad: 300Kg

Pas: Paraguay Zona: San Lorenzo

Potencia: 5watts Email: [email protected]

Fuente: http://www.sodimac.cl/sodimac-cl//product/1612204/Balanza-electrnica-300-kilos-DY618

OPERCION MENSUAL

CEREAL A PROSESAR

MASA DEL CEREAL

SECO

MASA DE HARINA FINAL

MASA HARINA

BASE SECA RENDIMIENTO PERDIDA mez CEREAL m ss m final m hs final % %p

febrero arroz 390.866 330.849 290.218 74.25 25.75 marzo mijo 390.902 438.944 385.039 98.5 1.5 abril avena 388.203 375.113 323.373 83.3 16.7 mayo cebada 381.086 355.239 306.241 80.36 19.64 junio trigo 1144.921 1117.603 963.451 1117.603 15.85 julio maz 392.441 396.008 350.450 89.3 10.7 agosto quinua 395.946 335.148 293.990 74.25 25.75 septiembre amaranto 394.568 331.053 292.967 74.25 25.75 octubre sorgo 387.655 402.945 353.460 91.179 8.821 noviembre trigo 1144.921 1117.603 963.451 1117.603 15.85 noviembre maz 392.441 396.008 350.450 89.3 10.7

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Equipo: Silos de almacenamiento

Posicin: horizontal N de equipo: 2

Precio: 2000 $U$ y 200$u$ Capacidad: 10000 Kg

Dimensiones:h=4m, d=2.5 500kg

Pas: Argentina Ciudad: Guanajuato elevador de cangillones de 4HP Y 1H

Tipo de fluido: slido

Material: lmina galvanizada de nmero 24

La compra se puede hacer desde la siguiente direccin: http://www.grupopastores.coop/archivos_web/File/CATALOGO%202012%20SUMINISTROS.pdf http://www.agriaffaires.es/usado/silos-almacenaje-cereales/2282399/silo.html

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Equipo: VENTILADORES CENTRFUGOS DE LABES CURVOS ADELANTADOS DOBLE ODO DE ASPIRACIN 700 y 1300

Posicin: Vertical

N de equipo: 1

Precio: 2587 $u$

Capacidad: 1300 cfm ,1275 rpm

PTENCIA: 250 W

Pas: no especificado

Tipo de fluido: gas

Material: NO ESPESIFICADO

Funcionamiento: elctrico, 120V CONTACTOS: http://www.grupoorea.com.mx/

La parte de imagen con el identificador de relacin rId20 no se encontr en el archivo.


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Hoja de especificaciones para la planta piloto de cereales

Ubicacin : Instituto Tecnolgico de Alimentos

Equipo: Limpiador con mallas cilndricas rotativas


Precio: 800 $U$

Capacidad: 300 Kg/h

Pas: Argentina WEB: http://www.ingemaq.cl/sitio/molinos.ph

p


Equipo: Descascarillador Posicin: horizontal N de equipo: 1

Precio: 500$us

Capacidad: 1000-3000Kg/h Potencia:4KW

Pas: CHINA Zona: TIANJIN

Email: NO ESPESIFICADO

Dimensin( mm): 1500& veces; 900& veces; 1100 Tipo de fluido: slido Web: Spanish.alibaba.co/suppliers_200895928


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Equipo: Desaponificador Posicin: horizontal N de equipo: 1

Precio: 2.800 $U$

Capacidad: 350 Kg/h

Pas: Per Ciudad: Puno Oficina: Calle Tacna 393 Interior 1 - Segundo Piso - Santiago de Surco - Lima - Per [email protected] / [email protected] / [email protected] Telf.: 0051-1- 4770758 0051-1 -996914811


Material: lmina de acero

inoxidable, calibre 18

Motor: motor elctrico de 2 caballos de fuerza;120 V. 4Hp

Dimensiones: de 1,500 mm x 400 x 1,600


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Equipo: Secador Rotativo Directo Cilndrico


Precio: 6.200 $U$

Capacidad: 250 Kg/h

Pas: VENESUELA Ciudad: Puerto La Cruz Telf.:


Material: lmina de acero

inoxidable, calibre 16

Motor: dos motores de de caballo;

Secador de acero inoxidable AISI304 calibre 11

Sistemas mecnicos (motores, ventilador, quemador) 1 motor reductor de Hp, 60:1 monofasico

1 ventilador centrfugo 1200 cfm

1 motor de de caballo 1750rpm monofsicos

1 quemador de propano

1 cilindro de propano de 40 psia

Dimensiones: Dimetro interno. 0.43325m Longitud. 2.4m Capacidad y precio.- su capacidad es de 250 Kg/h, tiene un costo de 6.200 $ Fuente de informacin: documento en pdf secador rotativo


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Equipo: Molino de martillos Posicin: Vertical N de equipo: 1

Precio: 2.800 3.809,52 $U$

Capacidad: 250 Kg/h

Pas: Paraguay Ciudad: Central Zona: Fernando de la Mora Telfono: (021) 511-443 Celular: (0981) 972-863 Email: [email protected] Modelo: DPM-NOGUEIRA Tipo de fluido: slido

Material: Acero

Motor: elctrico, 3HP

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Equipo: lavadora de cereales Posicin: Vertical N de equipo: 1

Precio FOB: $ 1000 Plazo de entrega: 7-10days despus de recibir el pago por

adelantado

Condiciones de pago: L/C,T/T,Western Union

Lugar del origen: China

(Continental) Marca: modelo dyx40*100 Tipo: Equipo de procesamiento de grano

la mquina lavadora: Frijoles, arroz, de trigo, las ganancias de destoner: por separado y las ganancias de piedra Tipo de fluido: slido y

liquido

Salida ( t/h) 1. 2- 2. 0 Poder( kw) 2.2+0.75 El peso total( kg) 460 Dimensin( l*w*h)( mm)2000*800*150 http://spanish.alibaba.com/product-gs/rice-

wheat-beans-washer-machine-for-washing-variety-of-grain-

1046098572.html

HARINA DE CEREALES



Equipo: Dosificadora, Empacadora y

selladora de granos en bolsa plstica tubular

Posicin: Vertical N de equipo: 1

Precio: 5.000 $U$

Capacidad: 15 unidades por minuto de 1kg

Presentaciones: gramos, media libra, libra y Kilos

Pas: Colombia


Material: Acero inoxidable

Funcionamiento: elctrico, 110V Fuente:http://www.mercamaquinas.com/productos_desarrollados.htm#empacadoragranos

HARINA DE CEREALES



Equipo: DOSIFICADORA, Y SELLADORA DE GRANOS EN BOLSA PLSTICA TUBULAR

Posicin: Vertical N de equipo: 1

Precio: 480 Bs

Capacidad: 15 bolsas /min

Pas: BOLIVIA Departamento: Cochabamba Direccin: Av. Blanco Galindo 1342 km1 Villa Galindo Telfono: 4240804 / 70778775 Fax: 4240804



Cap 4 Balance de Materia y Energia en Elaboracion de Harinas

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