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• Diana Tacuri Garcia

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Molienda seca 2017

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGÍA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

PRACTICA N° 02

“MOLIENDA SECA”

ASIGNATURA

: SEPARACIONES MECÁNICAS Y TRANSPORTE

Profesora

: Ing. PILLACA MEDINA, SUSAN

Alumnas

:  CCOILLO MEZA, DIANA  TACURI GARCIA,DIANA

Día de práctica

: Miércoles 7:00 – 10:00 am. Ayacucho 2017

Molienda seca 2017

INTRODUCCIÓN

En la industria generalmente se trabaja con sólidos los cuales precisan de una reducción previa del tamaño de los trozos, gránulos o partículas. La operación de molienda consiste en la producción de unidades de menor masa a partir de trozos mayores; para ello hay que provocar la fractura o quebrantamiento de los mismos mediante la aplicación de presiones. Los requerimientos de tamaño son diversos para cada tipo de productos, de ahí que se utilicen diferentes máquinas y procedimientos. La operación de molienda, también tiene la finalidad de generar productos que posea un determinado tamaño granular, comprendido entre limites preestablecidos.

Molienda seca 2017

RESUMEN

Muchos alimentos se representan con dimensiones demasiado grandes para su uso por lo que se debes reducir: con frecuencia, la reducción de tamaño de los alimentos se lleva a cabo para poder separar sus diversos ingredientes: en general, los términos trituración y molienda se usan para denotar la subdivisión de partículas sólidas grandes en sólidas más pequeñas. En la práctica N°02 se hizo la molienda seca mediante la utilización del molino de disco ampliamente utilizado en la molienda de granos como el trigo y la cebada; esta práctica se ha realizado con el objetivo de es optimizar el proceso de molienda, a través de la maximización de flujo, minimización de tiempo de molienda y minimización de potencia consumida. Para la molienda hay que tener mucho en cuenta las características como la dureza, la estructura mecánica, la humedad y la sensibilidad a temperatura del producto a moler.

Molienda seca 2017

INDICE

OBJETIVOS :............................................................................. ¡Error! Marcador no definido.

I.

FUNDAMENTO TEORICO ................................................................................................ 5

II. 2.1.

MOLIENDA ....................................................................................................................... 5

2.2.

CEBADA (hordeum vulgare).............................................................................................. 5

2.3.

TRIGO (Triticum spp) ........................................................................................................ 6 MATERIALES y MÉTODOS.............................................................................................. 8

III. 3.1.

Equipos ............................................................................................................................... 8

3.2.

Materiales........................................................................................................................... 8

3.3.

Procedimiento de molienda de granos ............................................................................. 8

3.4.

Potencia real en motores monofásicos ............................................................................. 8

3.5.

Potencia real en motores trifásicos .................................................................................. 9

3.6.

La energía requerida para la molienda ........................................................................... 9

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES .................................................................................... 10

IV.

CONCLUSIONES ............................................................................................................... 18

V.

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 19

Molienda seca 2017

I.

II.

OBJETIVO: -

Optimizar el proceso de molienda

-

Determinar de potencia en el molino de disco

FUNDAMENTO TEORICO

2.1.MOLIENDA La molienda es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. La reducción se lleva a cabo dividiendo o fraccionando la muestra por medios mecánicos hasta el tamaño deseado. Los métodos de reducción más empleados en las máquinas de molienda son compresión, impacto, frotamiento de cizalla y cortado. El proceso de molienda consiste en la reducción de los materiales ya triturados a polvo, y su objetivo es el aumento de la superficie específica del material (siempre de acuerdo con una distribución granulométrica establecida). Las máquinas de trituración y molienda de partículas más comunes trabajan según uno de los principios de origen de la fuerza de desmenuzamiento (HUAMANI, 2017).

2.2. CEBADA (hordeum vulgare) la cebada,

es

una

planta monocotiledónea anual perteneciente

a

la

familia

de

las poáceas (gramíneas); a su vez, es un cereal de gran importancia tanto para animales como para humanos y es el quinto cereal más cultivado en el mundo. El grano es de forma ahusada, más grueso en el centro y disminuyendo hacia los extremos. La cáscara (en los tipos vestidos) protege el grano contra los depredadores y es de utilidad en los procesos de malteado y cervecería; representa un 13% del peso del grano, oscilando

Molienda seca 2017

de

acuerdo

al

tipo,

variedad

del

grano

y

latitud

de

plantación.

(http://www.cervezadeargentina.com.ar/articulos/maltas.htm)

Figura N°1: en el lado derecho partes del grano y lado izquierdo fotografía del grano de cebada .

2.3. TRIGO (Triticum spp) El trigo es una plata gramínea anual, pertenece al género Triticum, de la familia de las gramíneas, prospera en climas sub-tropicales, moderadamente templados y moderadamente fríos. La temperatura adecuada para cultivarlo varía entre 15 y 31°C, pero ésta dependerá de la etapa del desarrollo y de la variedad. Al trigo se le puede clasificar de acuerdo al tiempo de siembra, dureza del grano, color, variedad botánica (Rodríguez, 2002). 2.3.1. estructura del grano del trigo El tamaño de los granos de trigo varía según el tipo de trigo, pero en promedio pesa cerca de 35 mg con una longitud de 8mm, tienen su parte dorsal redonda y lisa, a excepción de una hendidura o surco que se encuentra sobre el área del germen (HOSENEY, 1991) Salvado: Es la parte externa del grano, sirve de cubierta protectora y constituye alrededor del 14% del grano. Está formado por pericarpio, cubierta de la semilla y epidermis nuclear y se caracteriza por tener contenido de fibra, cenizas y carecer de almidón. El salvado se

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destina principalmente a alimentos para animales y solo en pequeña cantidad para consumo humano como fuente de fibra dietario.

Germen: Es la fracción más pequeña constituyendo del 2,3 – 2,5% del grano. Se encuentra en la parte dorsal del grano y se compone de dos partes principales que son el eje embrionario (o embrión) y el escutelo, los cuales funcionan como almacén de nutrientes. El germen se caracteriza por carecer de almidón y por su alto contenido de aceite, además genera la mayoría de las enzimas para el proceso de germinación (HOSENEY, 1991) Endospermo: Se compone principalmente de almidón y proteína; constituye alrededor del 83% del grano y está formado por tres tipos de células: periféricas, prismáticas y centrales. La «dureza» y «blandura» son características de molinería, relacionadas con la manera de fragmentarse el endospermo. En los trigos duros, la fractura tiende a producirse siguiendo las líneas que limitan las células, mientras que el endospermo de los trigos blandos se fragmenta de forma imprevista, al azar. Este fenómeno sugiere áreas de resistencias y debilidades mecánicas en el trigo duro, y debilidad bastante uniforme en el trigo blando. Un punto de vista es que la «dureza» está relacionada con el grado de adhesión entre el almidón y la proteína. Otra forma de enfocarlo es, que la dureza depende del grado discontinuidad de la matriz proteica (Stenvert y Kingswood, 1977). La dureza afecta a la facilidad con que se desprende el salvado del endospermo. En el trigo duro, las células del endospermo se separan con más limpieza y tienden a permanecer intactas, mientras que en el trigo blando, las células tienden a fragmentarse, desprendiéndose mientras que otra parte queda unida al salvado.

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Figura N°2: estructura del grano de trigo (CANIMOLT, 2005)

III.

MATERIALES y MÉTODOS

3.1. Equipos -

Molino de disco

3.2. Materiales -

Material a moler (granos de cebada y trigo): 8kg

3.3. Procedimiento de molienda de granos  Determinar el tamaño promedio inicial del producto a moler.  Regular el equipo al tamaño final a moler (regule la apertura de los discos: caso de molino de planta)  Poner en marcha el molino a una velocidad N1  Alimentar el molino una determinada cantidad de producto y tomar tiempo de molido de los 1000g de producto.  Paralelamente se deberá medir la intensidad de corriente en una de las líneas de alimentación de energía eléctrica, luego determinar la potencia.  Repetir los pasos 1, 2 ,3 y 4 para distintas velocidades (N2, N3, N4).

3.4. Potencia real en motores monofásicos 1. Regular la pinza amperométrica en posición de Amperios 2. Colocar la pinza en uno de los cables que va conectado al motor, cuando el motor este trabajando o encendido

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3. Registrar la lectura del amperaje 4. Realizar el cálculo de potencia 5. Realizar para motor con carga y sin carga

P  V * I * cos

(1)

V: voltaje (voltios) I: intensidad (Amperios)

3.5. Potencia real en motores trifásicos 1. Seguir el mismo procedimiento del caso anterior 2. Calcular la potencia

P  3 *V * I * cos

3.6. La energía requerida para la molienda Se determina según la ecuación (3) (Geankoplis, 2005)

(2)

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E

Pc  Po T

Wh/kg

(3)

Donde E es la energía necesaria para realizar la molienda, (Wh/kg); Pc es la potencia consumida por el molino durante la molienda, (W); P0 es la potencia consumida sin carga, (W) y T la velocidad de alimentación durante la molienda, (kg/h).

Realizar la lectura para cada ensayo IV.

RESULTADOS Y CÁLCULOS

Tabla 1: Resultados de ensayo de molienda para un tamaño constante de apertura (tamaño final) de cebada. N°

V. I N (rpm)

Variables respuesta Cantidad (kg)

Tiempo

Q

(s)

(kg/s)

Intensidad (A)

Potencia (Kw)

S/C

S/C

C/C

C/C

1

75

0,3

106

0,0028

3,78

4,1

1,00

1,09

2

145

0,3

51

0,0059

2,65

4,1

0,70

1,09

3

75

0,6

175

0,0034

3,64

3,74

0,97

0,99

4

145

0,6

70

0,0086

2,6

4,75

0,69

1,26

5

75

0,9

201

0,0045

3,74

4,05

0,99

1,08

6

145

0,9

116

0,0078

2,54

5,12

0,67

1,36

Realizando los cálculos para la tabla 1:

-

Hallando Q (kg/s) 𝑄=

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑘𝑔) 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜(𝑠)

Molienda seca 2017

𝑄=

-

0,3𝑘𝑔 = 0,0028 106𝑠

Hallando Potencia real en motores trifásicos(Kw) 3

𝑃 = √3 ∗ 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ 𝐶𝑜𝑠(∅) Sin carga: 𝑃0 = √3 ∗ 220𝑉 ∗ 3,78𝐴 ∗ 𝐶𝑜𝑠(0,8) = 1003,49𝑉 − 𝐴 = 1,00349𝐾𝑤 Con carga: 𝑃𝐶 = √3 ∗ 220𝑉 ∗ 4,1𝐴 ∗ 𝐶𝑜𝑠(0,8) = 1088,44 𝑉 − 𝐴 = 0,108844𝐾𝑤

-

Energía de molienda Tabla 2: Resultado del cálculo de la energía para la molienda de la cebada POTENCIA TRIFÁSICA Po Pc 1003,49 1088,44 703,50 1088,44 966,32 992,87 690,23 1261,00 992,87 1075,17 674,30 1359,22

E

𝐸=

Pc  Po T

1,09 − 1,00KW

(0,0028 ∗ 3600)𝑘𝑔/ℎ

Energía (Wh/kg) 8,33806809 18,17807003 2,15088726 18,49763042 5,10559181 24,52257290

Wh/kg

= 0,00833

𝑘𝑤ℎ 𝐸ℎ = 8,33806809 𝑘𝑔 𝑘𝑔

Molienda seca 2017

Tabla 3: Resultados de ensayo de molienda para un tamaño constante de apertura (tamaño final) de trigo N° V. I N(rpm)

Variables respuesta Cantidad Tiempo(s) Capacidad intensidad (kg) (kg/s)

Potencia (Kw)

S/C

C/C

S/C

C/C

1

75

0,2

38,08

0,0053

2,75

3,91

0,73

1,04

2

145

0,2

44,35

0,0045

2,69

3,33

0,71

0,88

3

245

0,2

23,68

0,0084

2,81

4,01

0,75

1,06

4

75

0,4

83,09

0,0048

3,68

3,83

0,98

1,02

5

145

0,4

37,48

0,0107

2,75

3,65

0,73

0,97

6

245

0,4

28,22

0,0142

2,81

4,35

0,75

1,15

7

75

0,6

49

0,0122

3,8

3,91

1,01

1,04

8

145

0,6

57,48

0,0104

2,76

3,66

0,73

0,97

9

245

0,6

47,93

0,0125

2,87

4,47

0,76

1,19

Realizando los cálculos para la tabla 2:

-

Hallando Q (kg/s) 𝑄=

𝑄=

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑘𝑔) 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜(𝑠)

0,2𝑘𝑔 0,0053𝑘𝑔 = 38,08𝑠 𝑠

Molienda seca 2017

-

Hallando Potencia real en motores trifásicos(Kw) 3

𝑃 = √3 ∗ 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ 𝐶𝑜𝑠(∅) Sin carga: 𝑃0 = √3 ∗ 220𝑉 ∗ 2,75𝐴 ∗ 𝐶𝑜𝑠(0,8) = 730,05𝑉 − 𝐴 = 𝐾𝑤 Con carga: 𝑃𝐶 = √3 ∗ 220𝑉 ∗ 4,1𝐴 ∗ 𝐶𝑜𝑠(0,8) = 1088,44 𝑉 − 𝐴 = 0,73𝐾𝑤

-

Energía de molienda Tabla 4: Resultado del cálculo de la energía para la molienda del trigo POTENCIA TRIFÁSICA Po(W) Pc(W) 730,05 1038,00 714,12 884,03 745,98 1064,55 976,94 1016,76 730,05 968,98 745,98 1154,81 1008,80 1038,00 732,71 971,63 761,91 1186,66

-

Energía (Wh/kg) 16,29 10,47 10,48 2,30 6,22 8,01 0,66 6,36 9,43

Cálculos para la energía

E

𝐸=

Pc  Po T

1,09 − 1,00KW

(0,0028 ∗ 3600)𝑘𝑔/ℎ

= 0,00833

Wh/kg

𝑘𝑤ℎ 𝑊ℎ = 8,33806809 𝑘𝑔 𝑘𝑔

Molienda seca 2017

Figura N° 3: Capacidad de molienda en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino.

Figura N° 4: Tiempo de molienda en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino.

Molienda seca 2017

Figura N° 5: Potencia de molienda en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino.

Figura N°6: dflujo de molienda en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino.

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Figura N°7: d tiempo de molienda en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino.

Figura N° 8: d Potencia de molienda en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino

Molienda seca 2017

Figura N°9: Función total de molienda optima en función de cantidad de alimentación de trigo y velocidad de giro del molino

Tabla 5: Resultado de los gráficos anteriores realizados en MATLAB Molienda seca máxima

0,761

Velocidad Optima (rpm)

202,5

Cantidad optima ( kg)

0,44

Flujo de molienda optima (Kg/s)

0,0124

Tiempo de molienda optima (s)

34,58

Potencia de molienda optima (Kw)

1465,4

Molienda seca 2017

V.

DICUSIONES -

Según (HUAMANI, 2017) la molienda es una operación unitaria que reduce el volumen promedio de las partículas de una muestra sólida. En la práctica se realizó la molienda de los granos de trigo y la cebada reduciendo el tamaño mediante la utilización del molino de discos, se escogió este equipo de acuerdo a la dureza al contenido de fibra a la humedad de los granos a moler.

-

Las potencias consumidas por el molino de disco fue alto en el proceso de molienda de la cebada a diferencia del trigo, esto de debió a que el trigo no tiene la cubierta dura como la cebada; el salvado de trigo solo compone el 14% del grano.

VI.

CONCLUSIONES -

Se pudo optimizar el proceso de molienda a través de la maximización de flujo, minimización de tiempo de molienda y minimización de potencia consumida. Para ello se ha elaborado un programa en Matlab, usando los conceptos estadísticos de optimización multi respuesta en el que, Maximiza la capacidad, Minimiza el tiempo y minimiza la potencia, para la optimización de N y Cantidad de alimentación y los resultados se pueden observar en la tabla 5.

-

Se pudo determinar la potencia en el molino de disco como está representado en las tablas 2 y 4:

Molienda seca 2017

VII.

-

BIBLIOGRAFÍA

Brennan J. G. 1980. Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos “Ed. Acribia- España.

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Chakraverty A. 1981. Post Harvest Technology of Cereals and Pulses. Oxford & Publishing Co. USA.

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Earle R. L. 1992. Ingeniería de los alimentos. Ed. Acribia, Zaragoza: España.

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Rodríguez F., Aguado J., Calles J., Cañizares P., Lopez B. Santos A., Serrano D. 1999. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Ed. Síntesis. Madrid-España.

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Geankoplis, C.J. (2005). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. 3a ed., CECSA, México, 928-933.

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Hoseney R. C. 1991. Principios de ciencia y tecnología de los cereales. Zaragoza, España -Acribia.

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Resnick, R., Halliday, D., Krane, K. S. (1999). Física, 4a ed., CECSA, México, 933.