ANALISIS PARA MOLIENDA Y TAMIZADO DE ARROZ ENTERO

ANALYSIS FOR GRINDING AND SIEVING OF WHOLE RICE

Laura I. Argel Buelvas1, Yina P. Buelvas Muñoz1, Isaac D. Campuzano Ruiz1, Paola C. Cordero Petro1

1 Estudiantes de sexto semestre, Operaciones unitarias, Ingeniería de Alimentos, facultad de Ingeniería, Universidad de Córdoba, Berástegui, Colombia.

RESUMEN

En la anterior practica realizada en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad de Córdoba sede Berástegui, se valoró el comportamiento del arroz entero ante un analisis de molienda y tamizado. De esta manera en un molino eléctrico de discos para granos, molimos 500 gramos de arroz, de los cuales se obtuvieron 484 gramos de arroz partido; el tamaño para la molienda se ajustó a un tamaño dependiendo la serie de tamices que se utilizaron. Se utilizó una serie de 7 tamices más la tapadera al final de estos (tamices malla: 6, 10, 14, 20, 28, 35, 48), obteniendo pesos de arroz partido en cada tamiz. Con estos resultados y aplicando las ecuaciones de molienda y tamizado, se tejieron gráficas del comportamiento de las partículas, y se realizaron los respectivos analisis.

Palabras claves: Hidráulica, arroz, molienda, tamizado, tamices, malla, molino eléctrico de discos.

ABSTRACT

In the previous practice conducted in the laboratory of Hydraulics of the University of Cordoba based Berástegui, the behavior of whole rice to a grinding and sieving analysis was assessed. Thus in an electric disc grinder for beans, we grinder rice 500 grams, of which 484 grams of broken rice was obtained; for grinding size was adjusted to a size depending sieve series used. 7 a series of screens is used the lid over the end of these (mesh sieves: 6, 10, 14, 20, 28, 35, 48), broken rice obtaining weights on each sieve. With these results and applying the equations of grinding and screening, were woven graphs of the behavior of particles, and the respective analyzes were performed.

Keywords: Hydraulics, rice, grinding, sieving, screens, mesh, electric grind drives.

INTRODUCCIÓN

El arroz es el grano de cereal más valioso en el mundo y es el elemento básico principal para más de la mitad de la población en el mundo. El proceso de molienda seca consiste en la reducción de tamaño del grano y su posterior cernido y clasificación a fin de separar las diferentes fracciones, de su molienda se obtiene también una importante variedad de productos, entre ellos cereales para desayuno, harinas y sémolas. La harina de arroz extraída tiene importantes propiedades tales como la ausencia de fracciones proteicas, bajos niveles de sodio y alta proporción de almidón, altamente digerible. [1]

Reducción de tamaño

El término de reducción de tamaño se aplica a todas las formas en las que las partículas de sólidos se pueden cortar o romper en piezas más pequeñas. Durante los procesos industriales, la reducción de tamaño de sólidos se lleva a cabo por diferentes métodos y con distintos fines.

El objetivo de la trituración y la molienda es producir pequeñas partículas a partir de otras más grandes. Las partículas más pequeñas son deseadas por su gran superficie o bien por su forma, tamaño y número. Una medida de la eficiencia de la operación se basa en la energía requerida para crear una nueva superficie, ya que el área de superficie de una unidad de masa de partículas aumenta en forma considerable a medida que se reduce el tamaño de la partícula.

Contrariamente a un triturador o un molino ideal, una unidad real no da lugar a un producto uniforme, independientemente de que la alimentación sea o no de un tamaño uniforme. El producto siempre consta de una mezcla de partículas, en un intervalo de tamaño variable desde un tamaño máximo definido hasta un mínimo submicroscópico.

Molinos

El término molino se utiliza para describir una gran variedad de máquinas de reducción de tamaño para servicio intermedio. El producto procedente de un triturador con frecuencia se introduce como alimentación de un molino, en el que se reduce a polvo. [2]

Molino de discos

Los molinos para granos, son de gran utilidad en las industrias grandes o pequeñas, la agricultura, panadería, queseras o fundaciones que necesitan molinos accionados con motor para gran variedad de moliendas. Sus usos esenciales entre otros muchos son: Molienda de café puro mezclado, toda clase de cereales crudos o cocidos, queso, condimentos, mantequilla de maní, además huesos calcinados. [3]

Con el molino de discos se obtienen moliendas finas, aunque no como harinas o impalpables, mediante el ajuste apropiado de los discos y disponiendo de la fuerza necesaria.

Este molino fragmenta el material ejerciendo presión y cizallamiento entre los discos de molienda. Es adecuado para la molienda fina de materiales duros-frágiles a semiduros. [4]

Figura N°1: Molino de discos

Tamizado

El tamizado es un método de separación de partículas basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. En el tamizado industrial, los sólidos se colocan sobre la superficie del tamiz. Las partículas de menor tamaño, o finos, pasan a través de las aberturas del tamiz; mientras que las de mayor tamaño, o colas, no pasan. El material que se hace pasar a través de una serie de tamices de diferentes tamaños se separa en fracciones clasificadas por tamaños, es decir, fracciones cuyas partículas se conocen por su tamaño máximo y mínimo. En ocasiones, el tamizado se realiza en húmedo, si bien lo más frecuente es operar en seco.

Tamiz vibratorio

Substituye los tamices de la mano, reduciendo intensidad de trabajo del operador y el control eléctrico de un regulador de cuenta electrónico. Para esperar la prueba de cribado que sea exacta dentro de los tiempos de la investigación.  La prueba de laboratorio que defiende la máquina está con la ventaja de la estructura avanzada, del buen funcionamiento con un índice convertible de vibración grande y fuerte.

Figura N°2: Tamiz vibratorio de laboratorio

Serie de Tyler

Esta es una serie de tamices estandarizados usados para la medición del tamaño y distribución de las partículas en un rango muy amplio de tamaño. Las aberturas son cuadradas y se identifican por un número que indica la cantidad de aberturas por pulgada cuadrada.

Una serie de tamices patrón muy conocidas es la serie de Tamices Tyler. Esta serie se basa en la abertura del tamiz 200, establecida en 0,0074cm y

enuncia que "el área de la abertura del tamiz superior es exactamente el doble del área de la abertura del tamiz inmediato inferior.

MATERIALES Y METODOS

Materiales

500 gr de arroz entero Molino eléctrico de discos Maquinaria de pruebas de cribado

vibrante Tamices según serie de Tyler, de

malla:6, 10, 14, 20, 28, 35, 48

Balanza eléctrica Recipiente plástico

Métodos

Para la realización del analisis de molienda y tamizado para el arroz entero, se siguieron los siguientes pasos:

Molienda

1. Se tomaron 500 gr de arroz entero, previamente pesados.

2. Se encendió el molino, trabajando este a una sola velocidad, la cual no nos fue proporcionada. Lo que si se tuvo en cuenta fue ajustar este de acuerdo a los resultados de molienda que más nos convenían.

3. Se procedió a introducir la cantidad total de arroz entero.

4. Por último, se recolecto la muestra y se observó que el tamaño de la misma fuera el indicado.

5. Se pesó y se registraron los datos obtenidos, a partir de estos se calculó el rendimiento.

Tamizado

6. A continuación, se seleccionaron los tamices de la serie de Tyler que se utilizarían en el analisis, para lo cual se tomaron de mallas 6, 10, 14, 20, 28, 35, 48, más la tapadera.

7. Se pesaron cada uno de los tamices por separado, y se registró el peso de los mismos para analisis posteriores.

8. Se ubicaron estos en la máquina de cribado vibratoria, desde un mayor a un menor tamaño, quedando en la parte inferior la tapadera.

9. Se agregó la muestra de 484 gr de arroz partido obtenidos en el proceso de molienda, de esta forma se colocó en marcha el montaje de tamizado, dejando trabajar a la máquina de cribado por 15 minutos.

10. Al cabo de los 15 minutos, se pesaron cada uno de los tamices con las muestras, y a partir de todos estos resultados se procedió a realizar el analisis de tamizado por la serie de Tyler.

Figura N°3: Diagrama esquemático del sistema de tamizado por criba vibratoria

RESULTADOS

Los resultados obtenidos en la experiencia se tabularon en la tabla siguiente, donde se incluyó la abertura del tamiz, para cálculos posteriores.

Tamiz Abertura de tamiz Dpi (mm) Peso Tamiz Vacío Peso Tamiz +

Arroz

Peso Arroz

Retenido6 3,327 537,73 537,73 0

10 1,651 519,75 592,28 72,5316 0,991 416,02 594,23 178,2120 0,833 389,76 443,53 53,7728 0,589 376,09 389,44 13,3535 0,417 361,34 490,28 128,9448 0,295 337,88 361,5 23,62

Tapadera 358,26 371,19 12,93Σ 483,35

Peso de Arroz para Moler (gr) 500Peso de Arroz para Tamizar (gr) 484

Perdidas en Molienda (gr) 16Perdidas en Tamizado (gr) 0,65

Tabla N°1: Resultados obtenidos a nivel de laboratorio para el analisis de tamizado del arroz partido en molienda.

ANALISIS DE RESULTADOS

Para determinar la fracción másica retenida se utilizó la siguiente formula:

Peso de arroz retenido enel tamizSumatoria del peso total del arroz

=xi

Así se calcularon todas las fracciones másicas retenidas en los respectivos tamices. De manera posterior, se determinó el diámetro promedio Dpi como la media aritmética de la abertura de los tamices, en el incremento

respectivo. Para calcular la fracción acumulada inferior y superior, se hizo un análisis diferencial. El diámetro promedio de partícula se calculó como el diámetro de sauter o el diámetro medio volumen-superficie, que la siguiente formula:

Diametro deSauter= 1

∑i=1

n

( xiDpi

)

En la siguiente tabla se muestran los valores necesarios para graficar diámetro de partícula (mm) vs fracción másica acumulada, esto para el análisis granulométrico inferior y para el superior.

Peso Arroz

Retenido Fracción Másica Retenida xi

Diámetro Promedio Dpi(mm)

Fracción Acumulada Inferior

Fracción Acumulada Superior

xi/Dpi

0 0,0000 1,0000 0,000072,53 0,1501 2,4890 0,8499 0,1501 0,0603178,21 0,3687 1,3210 0,4812 0,5188 0,279153,77 0,1112 0,9120 0,3700 0,6300 0,122013,35 0,0276 0,7110 0,3424 0,6576 0,0388128,94 0,2668 0,5030 0,0756 0,9244 0,530323,62 0,0489 0,3560 0,0268 0,9732 0,137312,93 0,0268 0,0000 1,0000483,35 1,0000 Σ 1,1678

Diámetro de

Sauter (mm)

0,85628912

Tabla N°2: Analisis de tamizado de los resultados obtenidos, para construcción de las fracciones acumuladas superior e inferior, y posterior graficas de las mismas.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

R² = 0.982394360319253

Dp(mm)

Frac

cion

Acu

mul

ada

Infe

rior

Grafica N°1: Analisis acumulado inferior

0.11100.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00R² = 0.982394360319253

Diámetro de La Particula Dp(mm)

Frac

cion

Acu

mul

ada

Infe

rior

Grafica N°2: Analisis logarítmico acumulado inferior

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

R² = 0.982394360319253

Dp(mm)

Frac

cion

Acu

mul

ada

Supe

rior

Grafica N°3: Analisis acumulativo superior

0.11100.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

R² = 0.982394360319253

Diámetro de La Particula Dp(mm)

Frac

cion

Acu

mul

ada

Supe

rior

Grafica N°4: Analisis logarítmico acumulativo superior

Para graficar la curva granulométrica, se tuvo en cuenta que los porcentajes de muestra que pasa cada uno de los tamices, se encuentran en el eje de las ordenadas y a una escala aritmética, en cambio la ordenación de la abertura del tamiz se encuentra en el eje de las abscisas y con una escala logarítmica; esto para facilitar la construcción de la curva granulométrica.

En las gráficas 1 y 2 las ordenadas se refieren a fracciones másicas, del acumulado inferior, en las gráficas 3 y 4 las ordenadas se refieren a las fracciones másicas del acumulado superior. La representación en escala semilogarítmica

(eje de abscisas en escala logarítmica) resulta preferible a la simple representación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños finos, que en escala natural resultan muy comprimidos, usando un módulo práctico de escala, y precisamente es esta la importancia de realizar la curva granulométrica en escala logarítmica.

Según lo analizado en las gráficas se pude decir que la línea de tendencia de estos se acercan a una granulometría uniforme, numéricamente se puede calcular el coeficiente de uniformidad mediante la siguiente formula:

D60D10

=Coeficientede uniformidad

Esta es una relación entre las aberturas de los tamices en donde pasan el 60% y el 10% en peso de la totalidad de la muestra analizada.

Para la gráfica 2, que relaciona la fracción másica acumulada inferior y el diámetro de partícula se tiene que:

D60=1,1mm

D10= 0,42mm

Por consiguiente el coeficiente de uniformidad es igual a 2,61. Siguiendo la condición que explica que si el coeficiente de uniformidad es menor que 3, se considera uniforme.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué importancia tiene la superficie específica?

Si se conoce la densidad ρ y la esfericidad Фs, a partir de las partículas en cada fracción del area y sumar todas las areas para obtener la superficie especifica. La

superficie específica sirve para encontrar el diámetro promedio de la partícula.

No se trata conseguir que el proceso de molienda llegue hasta una superficie específica demasiado grande, sino que el producto molido cumpla determinadas leyes relativas a la granulometría del

producto, para crear con ello las mejores condiciones de los procesos posteriores a esta.

2. Enumere algunas características para la selección económica adecuada de un molino.

El rendimiento de un molino de expresa en función de tres términos, que son:

Capacidad Extracción Consumo de potencia

En general se busca el punto de equilibrio, donde se tenga una buena capacidad de molienda, sin elevar los requerimientos de potencia. Para tener un buen desempeño se deben seleccionar, operar y montar adecuadamente los equipos, además prestar atención al mantenimiento.

En la selección de un molino, se debe hacer un balance entre:

Producción del molino. Capacidad del molino. Gasto de energía, la cual es

convertida en potencia por el molino.

A partir de esto, se requiere de los siguientes factores a considerar para la selección:

Cantidad de materia prima producida en un determinado tiempo, y que luego debe ser pasada por el proceso de molienda.

Frecuencia de la molienda, reflejada en la duración de molienda a un determinado tiempo (dias, semanas, meses).

Con los datos anteriores se puede calcular una capacidad (Kilogramos de materia prima a moler por hora), y posteriormente seleccionar en los catálogos de los fabricantes de molinos el adecuado para este trabajo, y que además se ajuste a bajos precios y bajos costos de gastos de energía.

Para seleccionar el molino en los catálogos de los fabricantes; se recomienda tomar una capacidad un 20% mayor que la calculada anteriormente, con el fin de tener en cuenta posibles imprevistos que se puedan presentar.

CONCLUSIÓNLos resultados obtenidos en este ensayo demuestran que el proceso de molienda permitió obtener una harina bastante aproximada a la uniformidad, ya que luego del análisis granulométrico por tamizado y al graficar los resultados se pudo observar que las gráficas que tenían en el eje de las abscisas una escala logarítmica (grafica N°2 y grafica N°4) presentaban una inclinación considerable, por tal razón, esto permitió deducir el comportamiento de la alimentación de arroz molido que llego a la serie de Tyler (cantidad de arroz partido de la alimentación en el proceso de tamizado), el cual presentó una

uniformidad considerable y al realizar el cálculo matemático del coeficiente de uniformidad también arrojo un resultado positivo.

BIBLIOGRAFIA

[1]. PABON, L. CONTRERAS, L. LIZARAZO, C. Molienda seca y tamizado del grano de arroz. Tecnologia de cereales y oleaginosas. Programa de Ingeniería de Alimentos. Departamento de Alimentos. Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Universidad de Pamplona. Colombia. [Articulo virtual] [En línea] (Consultado: 1 de diciembre del 2014) Disponible en: http://www.docstoc.com/docs/133969304/ m olienda-seca-y-tamizado-de-cereales

[2]. MCCABE, Warren. SMITH, Julian. HARRIOT, Peter. Operaciones unitarias en Ingenieria Quimica. 7ma edición. Editorial Mc Graw Hill. México D.F. Pag 1029, 1035, 1049, 1052.

[3]. PENAGOS. Molino de discos. [Articulo virtual] [En línea] (Consultado: 1 de diciembre del 2014) Disponible en: http://www.penagos.com/index.php?option =com_virtuemart&Itemid=614

[4]. FRITSCH. Molinos de discos. [Articulo virtual] [En línea] (Consultado: 1 de diciembre del 2014) Disponible en: http://www.fritsch.es/productos/moliend a/molinos-de-discos/

[5]. SANDOVAL, Gilberto. Selección, operación, montaje y mantenimiento de los molinos paneleros. [Articulo virtual] [En línea] (Consultado: 1 de diciembre del 2014) Disponible en: http://corpomail.corpoica.org.co/BACFILES/BACDIGIT AL/18983/319).pdf