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Universidad politécnica estatal del Carchi Industrias Agropecuarias y Ciencias Ambientales Ingeniería en Alimentos Autores: Marcelo Cucás Andrés Reina

Operaciones Unitarias: Prensado

Geovanny Alpala Frans Narváez

Tulcán – Ecuador 19 de junio del 2018

5to curso “CT”

Resumen El prensado o exprimido es la separación de líquido de un sistema de dos fases de sólidolíquido mediante la compresión, en condiciones que permiten que el líquido escape al mismo tiempo que se retiene el sólido entre las superficies de compresión. Esta operación presenta una ventaja sobre el filtrado ya que se puede utilizar para separar sistemas que no se pueden bombear con facilidad. También es útil cuando se desea una extracción más completa del líquido de la torta, o como una operación post filtrante, Las necesidades cada vez más exigentes por parte de la industria en su afán de agilizar y economizar procesos ha hecho de que se creen una gran variedad de prensas con diferentes estructuras pero similar funcionamiento en este trabajo se analiza únicamente la prensa hidráulica y las prensas continuas para lo que se considera vital tener un criterio al momento de elegir una prensa. Los siguientes lineamientos permiten escoger con mayor facilidad: El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida y la velocidad de la operación. consiguiendo así con una elección correcta que el proceso de prensado sea explotado al máximo para obtener mejores resultados, más eficientes y económicos.

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Objetivo 

Definir el proceso de prensado, su importancia, características, tipos de prensa y su aplicación en la industria alimentaria.

Objetivos específicos 

Obtener criterio para la selección de un equipo y método adecuado para el prensado.

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Comparar la operación unitaria del prensado con el filtrado, estableciendo así las diferencias principales.

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Conocer la importancia que tiene este procedimiento en la industria alimentaria.

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Aprender el funcionamiento de las prensas más comunes empleadas en la industria.

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Introducción La industria alimentaria actual ha experimentado un intenso proceso de diversificación y comprende desde pequeñas empresas tradicionales de gestión familiar, caracterizadas por una utilización intensiva de mano de obra, a grandes procesos industriales altamente mecanizados basados en el empleo generalizado de capital. Las mejoras de las tecnologías de tratamiento y conservación de los alimentos han atenuado parcialmente la presión afrontada por los trabajadores debida a la necesidad de procesar con rapidez para evitar el deterioro de los productos. (Michel, 2012) El prensado no es más que uno de los procesos requeridos por la industria alimentaria para facilitar y agilizar el procesamiento de la materia prima la cual por lo general suele ser de origen animal o vegetal. El objetivo del prensado es la separar un líquido de un sólido, de un sistema de dos fases (solido-liquido), mediante la compresión, permitiendo que el líquido escape al mismo tiempo que se retiene el sólido. (Lopéz González, 2009) La ventaja del prensado es que puede aplicarse a sistemas donde es difícil utilizar la filtración, debido a que no se pueden bombear con facilidad. También se emplea cuando se desea una extracción más completa del líquido o como una operación después de la filtración. Esta operación es una alternativa frente a las extracciones sólido-líquido que se realizan con disolventes químicos, pues evita la desnaturalización de los componentes y deja como subproducto una torta libre de disolventes, de tal forma que puede ser más fácilmente utilizada. Para aumentar el rendimiento en esta operación, se pueden combinar con la reducción de tamaño de los sólidos o con un ligero calentamiento de los mismos. (Urbina, 1994) Las prensas son los equipos que se utilizan en la compactación, las prensas basan su funcionamiento en el principio de Pascal; se clasifican en: Prensa hidráulica y Prensas continuas. (Felix, 2012)

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CONTENIDO. OPERACIONES UNITARIAS: PRENSADO ................................................................................ 1 CONCEPTOS BÁSICOS ............................................................................................................. 1 Prensado. ........................................................................................................................................ 1 Filtración .................................................................................................................................... 1 Diferencia entre prensado y filtrado. ....................................................................................... 1 Exprimir ..................................................................................................................................... 1 Diferencia entre exprimido y prensado. .................................................................................. 1 Velocidad del prensado. ............................................................................................................ 1 CRITERIOS MÁS IMPORTANTES PARA LA CLASIFICACIÓN DE PRENSAS ............ 2 Prensa disco ............................................................................................................................... 2 Prensa rodillos rígidos perforados ........................................................................................... 2 Prensa Tornillo .......................................................................................................................... 2 CRITERIOS MÁS IMPORTANTES PARA LA SELECCIÓN DE PRENSAS ..................... 2 CALCULO DE LA POTENCIA DE LA PRENSA. ................................................................... 3 Formulas .................................................................................................................................... 3 TIPOS DE PRENSAS ................................................................................................................... 3 Prensa Hidráulica...................................................................................................................... 3 Prensas continuas ...................................................................................................................... 4 CARACTERÍSTICAS DEL PRENSADO .................................................................................. 5 IMPORTANCIA DEL PRENSADO ........................................................................................... 5 Importancia del prensado en la industria. .............................................................................. 6 APLICACIONES .......................................................................................................................... 6 CONCLUSIÓN .................................................................................................................................. 6 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ........................................................................................... 7

TABLA DE ILUSTRACIONES Fig. 1. Prensa hidráulica ...................................................................................................................... 3 Fig. 2. Prensa continua. ....................................................................................................................... 5

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OPERACIONES UNITARIAS: PRENSADO CONCEPTOS BÁSICOS Prensado. El prensado es un proceso de fabricación utilizado para reducir la porosidad de los metales y la influencia de la densidad de muchos materiales. Esto mejora las propiedades mecánicas del material y la viabilidad. (Felix, 2012) Es la formación y compactación de un polvo o de material granular en un molde rígido o flexible ejerciendo una presión. Es también un proceso que permite extraer el exceso de líquidos que se encuentran en un sólido. (Urbina, 1994) Filtración Se denomina filtración al proceso de separación de partículas sólidas de un líquido utilizando un material poroso llamado filtro. La técnica consiste en verter la mezcla sólidolíquido que se quiere tratar sobre un filtro que permita el paso del líquido pero que retenga las partículas sólidas. Diferencia entre prensado y filtrado. El prensado se distingue de la filtración en que la presión se aplica mediante el movimiento de las paredes de retención en vez de emplear el bombeo del material a un espacio fijo. El prensado se distingue de la filtración en que la presión se aplica mediante el movimiento de las paredes de retención en vez de emplear el bombeo del material a un espacio fijo. las paredes de retención en vez de emplear el bombeo del material a un espacio fijo. En esta operación unitaria se generan líquidos residuales. Exprimir Apretar y retorcer una cosa para extraer el líquido que ésta contiene Diferencia entre exprimido y prensado. En el exprimido, no suele ocurrir lo mismo y el material parece a veces completamente sólido. Por lo tanto, el prensado se utiliza para separar sistemas que no se pueden bombear con facilidad. También se emplea en vez de la filtración cuando se desea una extracción más completa del líquido de la torta, o como una operación pos filtrante (iglesia, M) Velocidad del prensado. Se calcula a partir de los golpes que la prensa aplica por minuto: Velocidad baja: 12-200 golpes por min. Velocidad media: 300-700 golpes por minuto 1

Velocidad alta: 800-1200 golpes por minuto. CRITERIOS MÁS IMPORTANTES PARA LA CLASIFICACIÓN DE PRENSAS Prensa disco Los dos discos, o las dos ruedas de prensa, convergen en un espacio muy estrecho en el fondo. Este es el punto de máxima compresión, pudiendo ser 14 veces mayor que la presión de alimentación. Las ruedas de las prensas tienen canales por los que circula el líquido proveniente del producto descolonizado, y están cubiertas por una lámina. Se usan ruedas de 1.5 metros de diámetro en prensas de gran tamaño que requieren 80 HP y producen 1 tonelada / hora de sólidos. El prensado de materiales fibrosos como los pozos de café. Prensa rodillos rígidos perforados Es para la descolonización de pulpa de papel, especialmente para los procesos de una sola etapa de una suspensión entre 2 o un 5 por 100 de sólidos y que se deshidrata hasta un 50 por 100. También se usa para el procesamiento de cítricos. Los dos rudos rotan uno hacia el otro, y la carga y el grado de deslocalización depende del tamaño del hueco entre los discos, así como la velocidad de la alimentación y la consistencia de los sólidos. El fondo del recipiente esta sellado de manera que la suspensión pueda bombearse hacia los rodillos con presiones de hasta 140 kPa y estos actúen como filtros a presión hasta que la torta comprimida entre ellos una vez que se a separado de la suspensión por la rotación de los rulos. Las máquinas de mayor tamaño con unos rodillos de 1.5 metros de diámetro y 7 metros de longitud pueden producir hasta 37 Toneladas /hra. Prensa Tornillo El tornillo rotatorio tiene una inclinación constante hacia como un diámetro de .3 metros. La presión para exprimir el jugo de una fruta se consigue disminuyendo la apertura final mediante un cono hidráulico ajustable y haciendo el eje del tornillo más ancho hacia el punto de descarga. CRITERIOS MÁS IMPORTANTES PARA LA SELECCIÓN DE PRENSAS Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben considerar:  El tipo de operación a desarrollar  Tamaño de la pieza  Potencia requerida  Velocidad de la operación. Para la mayoría de las operaciones de punzonado, recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o excéntrica. En estas prensas, la energía del volante se puede transmitir al eje principal, ya sea directamente o a través de un tren de engranes. La prensa de junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuñado, prensado o forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema (Lopéz González, 2009). 2

CALCULO DE LA POTENCIA DE LA PRENSA. Formulas  W= F. d  P= F/A  Caudal: V/t  Potencia: T/t  Potencia: Fuerza. Distancia/ tiempo  Potencia: Presión. Área. Distancia/tiempo  Potencia: presión. Volumen/ tiempo  Potencia: Presión x Caudal TIPOS DE PRENSAS Prensa Hidráulica Es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los pistones son llamados pistones de agua. Porque son hidráulicos. Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas.

Fig. 1. Prensa hidráulica Fuente: (Puzda, 2015)

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Filtro Hidráulico Un filtro hidráulico es el componente principal del sistema de filtración de una máquina hidráulica, de lubricación o de engrase. Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión delas superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico. Tipos de prensas hidráulicas Prensas hidráulicas manuales: Sus capacidades varían según la carga en toneladas que pueden soportar las cuales son desde 5 hasta 30 toneladas. Aunque en algunas ocasiones, incluso hay lugares donde construyen estas prensas según las necesidades del cliente de hasta 100 y 200 toneladas. Prensas hidráulicas de 100 toneladas. Tienen el beneficio de poder soportar exactamente todo ese peso sin el problema de romperse. Así mismo, si se excede de esa cantidad, cuenta con una válvula de seguridad que da mayor confianza para realizar un mejor trabajo. Prensas hidráulicas de 200 toneladas. Miden poco más de 2 metros, y aunque son un poco más grandes, sólo logran desplazar el 50% más de su peso total. Prensas hidráulicas de banco: Son aquellas prensas que se colocan arriba de un banco de trabajo, ya que carecen de pies. Prensas hidráulicas de pie. Son aquellas con pies. No se colocan arriba de un banco de trabajo, debido a que vienen provistas con armazón o estructura para colocar directamente sobre el piso. Se deben abulonar al piso. Prensas hidráulicas motorizadas. Son aquellas que vienen provistas con una central hidráulica motorizada, en lugar de una bomba manual. Prensas continuas Las prensas continuas son máquinas de altas prestaciones para grandes y pequeñas producciones, que tiene en cuenta las diferentes condiciones del material a prensar (temperatura, humedad, etc.) El prensado en continuo del producto es totalmente automático. En él, un sistema electrónico controla constantemente el rendimiento del motor en relación al prensado, evitado el posible bloqueo del motor. La regulación automática de la presión, permite obtener un producto de alta calidad, con el mínimo contenido de grasa en el producto final. De fácil manipulación y ajustado consumo energético, es la mejor opción para el prensado de los residuos sólidos de la cocción. En la parte superior de la máquina existe un precalentador para el calentamiento del producto antes del prensado, que, por medio de vapor, calienta el producto antes de la entrada en la máquina.

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Fig. 2. Prensa continua. Fuente: (Puzda, 2015)

CARACTERÍSTICAS DEL PRENSADO La operación del prensado y la microestructura de la pieza prensada, están marcadamente afectadas por las propiedades de las partículas (naturaleza, tamaño, distribución, forma, etc.). Por las características de los aglomerados de partículas (forma, tamaño, distribución de los gránulos o aglomerados, etc.) y por los aditivos de prensado (humedad, ligantes, plastificantes etc.). Las características anteriormente mencionadas, son función, por una parte, de la composición y, por otra, de la preparación de la pasta (atomización, vía seca tradicional y granulación) determinan a su vez otras propiedades o parámetros tecnológicos del polvo tales como: densidad aparente, fluidez, compactibilidad, etc. IMPORTANCIA DEL PRENSADO El prensado tiene la misma finalidad que la filtración. Separar fases líquidas y sólidos de una mezcla mecánica de las dos. En la filtración, la mezcla original es lo suficientemente fluida para poderse bombear. En el exprimido, no suele ocurrir lo mismo y el material parece a veces completamente sólido. Por lo tanto, el prensado se utiliza para separar sistemas que no se pueden bombear con facilidad. También se emplea en vez de la filtración cuando se desea una extracción más completa del líquido de la torta, o como una operación post filtrante. Esta operación es una alternativa frente a las extracciones sólido-líquido que se realizan con disolventes químicos, pues evita la desnaturalización de los componentes y deja como sub-producto una torta libre de disolventes, de tal forma que puede ser más fácilmente utilizada. Para aumentar el rendimiento en esta operación, se pueden combinar con la reducción de tamaño de los sólidos o con un ligero calentamiento de los mismos.

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Importancia del prensado en la industria. En que el prensado puede aplicarse a sistemas donde es difícil utilizar la filtración, debido a que no se pueden bombear con facilidad. También se emplea cuando se desea una extracción más completa del líquido o como una operación después de la filtración. APLICACIONES  El proceso de prensado o exprimido tiene aplicaciones como: 

Deshidratación del papel.

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Producción de acéites vegetales.

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Recuperación de jugos de la caña de azucar.

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Separación de agua de lodos y lechadas

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Deshidratación del papel.

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En esta operación el exprimido compite por la desecación. Por lo común la extracción del agua es más barata que cualquier método térmico. Por ende, el exprimido se emplea casi universalmente para una etapa de extracción de agua.

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Producción de aceites vegetales.

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El exprimido y la extracción con solventes compiten entre sí

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Recuperación de jugos de la caña de azúcar.

CONCLUSIÓN El prensado es la separación de líquido de un sistema de dos fases de sólido-líquido mediante la compresión, en condiciones que permiten que el líquido escape al mismo tiempo que se retiene el sólido entre las superficies de compresión, la principal diferencia con la filtración es que la presión se aplica mediante el movimiento de las paredes de retención en vez de emplear el bombeo del material a un espacio fijo convirtiéndolo así en un proceso de mucha importancia en la industria alimentaria por sus diversas aplicaciones como son la producción de aceites vegetales, recuperación de jugos de la caña de azúcar, separación de agua de lodos y lechadas y la recuperación del jugo de la caña de azúcar, siendo así es que el ser humano por la necesidad de satisfacer una demanda creciente de cantidad, variedad y calidad en cuanto a insumos alimentarios se ha visto en la necesidad de automatizar proceso ayudándose de maquinaria. En la operación unitaria de prensado destacan 2 tipos de prensas las cuales basan su funcionamiento en el principio de Pascal y son la Prensa hidráulica y Prensas 6

continuas las cuales deben de ser seleccionadas en base a los siguientes lineamientos: El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida y la velocidad de la operación.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Felix, A. C. (2012). Procesos de fabricacion. Chile: Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Universidad de Santiago de Chile. tesis. Lopéz González, R. M. (2009). Propuesta de control para una prensa excéntrica de mesa fija con transmición de engranajes y sistema hidraulico de sobrecarga. México: IPN. Michel, E. B. (4 de enero de 2012). Manipulacion de Alimentos en la industria Alimentaria. Obtenido de Manipulacion de Alimentos en la industria Alimentaria.: http://www.juntadeandalucia.es/empleo/recursos2/material_didactico/especialidades /materialdidactico_manipulacion_alimentos/pdf/Manual_Industria.pdf Puzda, M. B. (30 de marzo de 2015). Prensas Hidraulicas . Obtenido de Prensas Hidraulicas : https://www.google.com.ec/search?q=prensa+hidraulica&source=lnms&tbm=isch& sa=X&ved=0ahUKEwjy3oLUtuDbAhUIq1kKHX25AoYQ_AUICigB&biw=1366 &bih=662#imgrc=BXWw2Hwv_ak1KM: Urbina, R. O. (1994). Operaciones Unitarias . New York: Estados Unidos. LuDOvici, J. W.: "Prensado en seco y la prensa en seco". Bull, Soc. Franc. Cêram., 53, págs. 49-53 (1961) (Congr. Tec. Soc. Franc. Céram., 5/, pág. 3 (1961). AMOROS J. L. Características para prensado. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas (A.I.CEArganda del Rey (Madrid). 2000.

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