Reduccion de tamano_y_tamizado_brennan

C apítu lo 4
R e d u c c ió n d e ta m a ñ o
Y TAMIZADO DE SÓLIDOS
4.1 PRINCIPIOS GENERALES
4.1.1 INTRODUCCIÓN
En muchas operaciones de la industria alimentaria, suele ser necesario des
menuzar los sólidos, mediante la aplicación de fuerzas mecánicas. Las razones
que justifican esta reducción de tamaño son diversas.
(a) La reducción de tamaño puede facilitar la extracción de un determinado
constituyente deseado, presente en una estructura compleja, como sucede,
por ejemplo, en la obtención de harina a partir de granos de trigo, o de
jarabe, a partir de la caña de azúcar.
(b) La reducción a un tamaño definido puede constituir una necesidad especí
fica del producto, como sucede, por ejemplo, en la elaboración del azúcar
para glasear, en la preparación de especias y en el refinado del chocolate.
(c) Una disminución del tamaño de partícula de un material aumenta la super
ficie del sólido, lo que resulta favorable en muchos procesos de velocidad,
por ejemplo:
(i) el tiempo de secado de los sólidos húmedos se reduce mucho aumen
tando su área superficial.
(ii) la velocidad de extracción de un soluto deseado crece al aumentar el
área de contacto entre el sólido y el disolvente.
(iii) el tiempo necesario para ciertas operaciones -horneo, escaldado, etc —
se puede reducir troceando los productos sometidos al proceso.
(d) La mezcla íntima suele facilitarse si las partículas son de tamaño más pe
queño, lo que constituye una consideración importante en la elaboración
69

70 Las operaciones de la ingeniería de los alimentos
de algunos preparados, como sopas empaquetadas, mezclas para bizco
chos, etc.
4.1.2 NATURALEZA DE LAS FUERZAS UTILIZADAS
EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO
En general, se pueden distinguir tres tipos de fuerzas, de las que, en cual
quier proceso de trituración, suele operar más de una.
Los tipos de fuerzas que predominan en algunas de las trituradoras de uso
frecuente en la industria alimentaria son los siguientes:
Fuerza Principio Aparato
Compresión Compresión (cascanueces) Rodillos trituradores
Impacto Impacto (martillo) Molino de martillos
Cizalla Frotamiento (piedra de molino) Molino de discos
Las fuerzas de compresión se utilizan para la trituración grosera de produc
tos duros. Las fuerzas de impacto se pueden considerar de uso general, em
pleándose en la molienda fina, media y gruesa de muy diversos productos ali
menticios. Las fuerzas de cizalla se utilizan mucho en aparatos para la trituración
de productos blandos, no abrasivos, para obtener piezas de tamaños muy pe
queños, es decir, en la molienda fina.
El término trituración (crushing) se aplica generalmente al desmenuzamiento
de materiales muy gruesos hasta tamaños del orden de 3 mm. Molienda es, en
cambio, un término empleado para referirse a la obtención de productos en
polvo. La trituración se suele llevar a cabo aplicando fuerzas de compresión y
la molienda mediante fuerzas de cizalla.
4.1.3 NÚMERO DE ETAPAS DE REDUCCIÓN EN UN PROCESO DADO
En un proceso de reducción de tamaño, se obtienen partículas de tamaño
muy variable y, con frecuencia, se necesita clasificarlas en grupos que cu
bren un determinado rango de dimensiones. La especificación de un produc
to suele requerir que no contenga partículas mayores de (o menores de, se
gún el proceso) un cierto tamaño. En los estudios de reducción de tamaño
suele hacerse referencia al de las partículas, en términos de apertura de malla
(Sección 4.7.1).
La complejidad de una instalación de reducción de tamaño, es decir, el
número de aparatos individuales y etapas de separación necesarios, varían con
el producto a tratar y las categorías de tamaño deseadas. Para la reducción de
piezas sólidas relativamente grandes a polvo fino, se requerirán varias etapas,
cada una de las cuales logra una determinada reducción de tamaño. La Figura
4.1 muestra el diagrama de flujo de una instalación típica, con tres etapas de
reducción.

Reducción de tamaño y tamizado de sólidos 71
4.1.4 RELACIÓN DE REDUCCIÓN (R.R.)
La relación,
Tamaño medio del material de partida
Tamaño medio del producto
se conoce como relación de reducción y se utiliza para predecir la conducta
más probable de un aparato. Las trituradoras, utilizadas con materiales muy
gruesos, tienen relaciones de reducción inferiores a 8:1, mientras que, en la
molienda fina, se pueden lograr relaciones de 100:1. Depende, en gran mane
ra, de la máquina y el producto de partida. Los valores promedio del tamaño de
la carga y el producto resultante dependen del método de medida. Se usan
diferentes diámetros promedio, según el método empleado para determinar la
distribución en tamaños de partícula y la interpretación estadística de los re
sultados obtenidos. Por su simplicidad y su aplicabilidad a tamaños de partícu
la muy diversos, en la industria alimentaria se suele preferir el tamizado (Sec
ción 4.7.4).
Alimentación grosera
FIG. 4.1 Diagrama de flujo típico de una operación de reducción de tamaño.

4.2 CONSIDERACIONES EN QUE SE BASA LA SELECCIÓN
DE LOS EQUIPOS
El objetivo primordial de un proceso económico de reducción de tamaño es
lograr la reducción deseada al costo mínimo. Tanto los costos de adquisición,
como los de operación y mantenimiento juegan un papel importante en la ren
tabilidad del proceso, por lo que se deben considerar cuidadosamente los de
las diferentes alternativas posibles, antes de seleccionar cualquier sistema con
creto. Al diseñar las características del proceso de que se trate, es obligado
considerar los diferentes equipos utilizables. En general, será necesario cono
cer las características de los productos de partida, de las máquinas existentes y
de los productos finales.
Una de las primeras etapas en la especificación del equipo de reducción de
tamaño es averiguar cuanto sea posible sobre las características del producto
de alimentación.1North2da una lista de características que hay que tener en
cuenta, entre las que se incluyen: la dureza, la abrasividad, la untuosidad, las
temperaturas de ablandamiento o fusión, la estructura, el peso específico, el
contenido en agua libre, la estabilidad química, la homogeneidad y la pureza.
Las propiedades relevantes en un determinado proceso varían mucho con los
productos a tratar. A continuación, nos ocuparemos de algunas propiedades
que pueden ser de importancia en la industria alimentaria.
4.2.1 DUREZA Y ABRASIVIDAD
Aunque no sea'habitualmente una preocupación primaria en el procesado
de los alimentos, conocer la dureza de los productos de partida puede ser im
portante para la selección del equipo. La dureza está relacionada con el
módulo de elasticidad;3los materiales duros pueden ser quebradizos y fractu
rarse rápidamente, en cuanto se supere el límite elástico, o dúctiles y defor
marse mucho, antes de fragmentarse. Estos comportamientos influyen en la
mayor o menor dificultad de trituración y en la energía requerida para ello (ver
la Sección 4.6 y Loncin y Merson).4En general, los productos más duros son
más difíciles de triturar. Se necesita más energía y tiempos más largos de resi
dencia en la «zona de acción», lo que puede requerir: (a) reducir la producción
de un molino dado, o (b) utilizar un molino de mayor capacidad, para una
determinada producción. Como los materiales duros son casi siempre abrasivos,
pueden desgastar mucho las superficies de trabajo. Estas superficies deben ser
de materiales duros y resistentes al desgaste, como el acero al manganeso, y de
fácil recambio. Para reducir el desgaste, los molinos para la reducción de ta
maño de productos duros se mueven con relativa lentitud, debiendo ser de
construcción robusta, para que puedan soportar los esfuerzos mecánicos que
se desarrollan. Por esta razón, se suele prestar poca atención al mantenimiento
de estas máquinas.

4.2.2 ESTRUCTURA MECÁNICA
La estructura mecánica de los productos a triturar puede indicar la clase de
fuerza más probablemente responsable de la trituración. Si los productos son
frágiles, o poseen estructura cristalina, la fractura puede producirse a lo largo
de los planos de unión, y serán las partículas mayores las que se romperán más
fácilmente. En estos casos, se recurrirá a fuerzas de compresión.
Si hay pocos planos de unión y se han de crear nuevos puntos de arranque
de grietas, es posible que sean más eficaces las fuerzas de impacto y cizalla.
Muchos productos alimenticios tienen una estructura fibrosa y no pueden
desintegrarse por fuerzas de compresión o impacto, por lo que es necesario
desgarrarlos o cortarlos.
4.2.3 HUMEDAD
La presencia de agua puede facilitar o complicar el proceso de tritura
ción. En la mayoría de los casos, un contenido en agua superior al 2% ó 3%
puede embotar el molino y reducir su capacidad de producción y su eficacia.
La humedad puede facilitar también la aglomeración de los productos, lo
que dificulta la obtención de un polvo fino y de flujo libre. La formación de
polvo en la molienda en seco de muchos sólidos también puede crear proble
mas, ya que:
(a) La inhalación prolongada de polvos, por otra parte inocuos, puede cau
sar enfermedades respiratorias peligrosas; los operarios han de prote
gerse contra este riesgo.
(b) Muchos productos alimenticios sólidos, cuando están finamente divi
didos, son muy inflamables; en la industria alimentaria, no son desco
nocidas las explosiones del polvo.
La presencia de pequeñas cantidades de agua contribuye a reducir el polvo
y, en aquellos casos en los que el agua es aceptable, es frecuente usar aspersores
para reducir la formación de polvo.5
En ciertas aplicaciones, se introducen en el sistema de molienda grandes
cantidades de agua. El agua transporta las partículas sólidas por la zona de
acción, en forma de una papilla de flujo libre. El maíz se suele someter a este
tipo de molienda (Sección 4.4.5).
4.2.4 SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA
En la zona de acción de un molino, se produce fricción entre partículas. Las
partículas pueden sufrir esfuerzos inferiores a sus límites elásticos, que no las
fracturan, liberando en forma de calor la energía de deformación absorbida, al
cesar el esfuerzo. El calor proveniente de estas dos fuentes puede elevar consi
derablemente la temperatura de los productos procesados y degradarlos.

En los productos sensibles a las temperaturas elevadas, es importante cono
cer, no sólo su la estabilidad química, sino también sus temperaturas de ablan
damiento o fusión. Si el calor generado lleva a la producción de una carga
untuosa, el molino puede embotarse, disminuyendo la eficacia del proceso.
Cuando se trabaja con materias primas termosensibles, puede, por ello, ser
necesario recurrir a dispositivos de refrigeración -camisas, serpentines, etc.-
en torno a la zona de acción.
Para evitar las pérdidas de los componentes termolábiles durante la reduc
ción de tamaño, puede recurrirse a la trituración criogénica, mezclando con el
alimento dióxido de carbono sólido o nitrógeno líquido. Este método es útil
también la reducción de tamaño de materiales fibrosos, como la carne, que
tienden a deformarse, más que a fracturarse, al someterlos a un esfuerzo.
4.3 APARATOS PARA LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO
Para la trituración de los productos alimenticios se dispone de aparatos de
diferentes tipos y tamaños.6
Los tipos más grandes, como las trituradoras de mandíbulas y las giratorias,
no se utilizan normalmente en la industria alimentaria. Trataremos a continua
ción de los tipos de máquinas utilizadas corrientemente, en esta industria.
4.3.1 TRITURADORAS DE RODILLOS
En estas máquinas, dos o más rodillos pesados, de acero, giran en sentido
contrario (ver Fig. 4.2). Las partículas de la carga quedan atrapadas y son arras-
ALIMENTACIÓN
FIG. 4.2 Rodillos trituradores.

tradas entre ios rodillos; se ven así sometidas a una fuerza de compresión que
las tritura. En algunos aparatos, los rodillos giran a diferente velocidad, gene
rando también esfuerzos de cizalla.
La producción de estas unidades está regida por la longitud y el diámetro de
los rodillos y por la velocidad de rotación. Con los diámetros mayores, se
utilizan corrientemente velocidades de 50-300 r.p.m. Las relaciones de reduc
ción de tamaño son pequeñas, en general, inferiores a 5. El diámetro de los
rodillos, su velocidad diferencial y el espacio que entre ellos queda, se pueden
variar para adaptarlos al tamaño del material de partida y la velocidad de pro
ducción deseada. Aunque disponen de un resorte de compresión para el exceso
de carga, a fin de proteger la superficie de los rodillos, hay que eliminar los
cuerpos extraños duros antes de la trituración.
4.3.1.1 Ángulo de separación
Se denomina así al formado por las tangentes a las caras de los rodillos en
el punto de contacto con la partícula y es importante parala especificación del
tamaño del par de rodillos de trituración necesarios para realizar un trabajo
determinado.
Si A es el ángulo de separación, Df &1diámetro medio de las partículas del
material a triturar, D el diámetro medio de las partículas finales y D _el diáme
tro de los rodillos, se puede demostrar que
y, en el caso límite, en que las partículas sean atraídas por fricción hacia los
rodillos:
donde p es el coeficiente de fricción entre las partículas y los rodillos.
4.3.1.2 Capacidad de los rodillos
Se conoce por capacidad teórica de estas unidades al volumen de la co
rriente continua de producto descargada por los rodillos.
En una máquina, con rodillos de Dr metros de diámetro, / metros de longi
tud de cara, D ; metros de separación y una velocidad de los rodillos de N
r.p.m., la capacidad volumétrica (Q) viene dada por
(4.1)
A
tan — = li
2
(4.2)
(4.3)

Si se conoce la densidad a granel de la corriente de descarga, se puede
estimar la velocidad de flujo másico aproximada. En la práctica, la capacidad
real vale de 0,1 a 0,3 veces la teórica.
Los rodillos trituradores se utilizan para una trituración intermedia y se
usan mucho en la molienda del trigo y en el refinado de chocolate. En otros
casos, la superficie de los rodillos puede ser estriada, para facilitar la fricción
y la separación. La eficacia del molino y la calidad de las semolinas produci
das pueden verse influidas por la orientación de las estrías.7Para la trituración
de productos más frágiles, se usan trituradoras de rodillos sencillas, que com
primen la carga entre el rodillo y un plato estacionario.
4.3.2 EL MOLINO DE MARTILLOS
Este tipo de molino de impacto o percusión es corriente en la industria
alimentaria (Fig. 4.3).
Un eje rotatorio que gira a gran velocidad lleva un collar con varios marti
llos en su periferia. Al girar el eje, las cabezas de los martillos se mueven,
ALIMENTACIÓN
FIG. 4.3 M olino de martillos.

siguiendo una trayectoria circular en el interior de una armadura, que contiene
un plato de ruptura endurecido, de dimensiones casi idénticas a la trayectoria
de los martillos. Los productos de partida, o corriente de alimentación, pasan a
la zona de acción, donde los martillos los empujan hacia el plato de ruptura. La
reducción del tamaño se debe principalmente a las fuerzas de impacto, aunque,
en condiciones de alimentación obturantes (Sección 4.4.3), también pueden
participar en la reducción de tamaño las fuerzas de fricción. Con frecuencia,
los martillos se sustituyen por cortadoras o por barras, como en los molinos de
barras. Los molinos de martillo se pueden considerar de uso general, ya que
son capaces de triturar sólidos cristalinos duros, productos fibrosos, vegetales,
productos untuosos, etc. Se utilizan mucho en la industria alimentaria para
moler especias, leche deshidratada, azúcares, etc. No se recomiendan para la
molienda fina de materiales muy duros, por el excesivo desgaste que, en este
caso, sufren.8
4.3.3 MOLINOS DE DISCO
Los molinos que utilizan las fuerzas de cizalla para la reducción de tamaño
juegan un papel primordial en la molienda fina. Como la molienda se usa en la
ALIMENTACIÓN ALIMENTACIÓN
(a) (b)
FIG. 4.4 M olinos de disco, (a) M olino de disco sencillo, (b) M olino de disco doble.

industria alimentaria fundamentalmente para producir partículas de tamaño
muy pequeño, esta clase de molinos es muy común. En la Fig. 4.4 se ilustran
dos tipos de molinos de disco.
4.3.3.1 Molino de disco único
En este modelo, los materiales de partida o alimentación, pasan a través del
espacio que queda entre un disco estriado, que gira a gran velocidad, y la arma
dura estacionaria del molino. La trituración de la carga se debe a la intensa
acción cizallante. La separación entre el disco y la armadura se puede variar,
según el tamaño de las materias primas y las exigencias del producto acabado.
4.3.3.2 Molino de doble disco
En esta modificación, la armadura tiene dos discos, que giran en dirección
opuesta, generando un esfuerzo de cizalla mayor que el que se puede conse
guir con los molinos de disco único. En otra modificación de este principio
básico, el molino de Foss, los discos llevan estrías que facilitan la desintegra
ción. Este tipo de molinos de discos cizallantes se utiliza mucho en la molien
da del arroz y del maíz.
En el molino de clavijas, popular en la industria alimentaria, los elementos
que rotan, lleva clavijas o proyecciones. En este caso, juegan también un papel
significativo en la ruptura las fuerzas de impacto.
4.3.3.3 Molino de piedras
Es el tipo más antiguo de molino de disco, y fue utilizado originalmente
como molino,harinero.
Sobre un eje, se montan dos piedras circulares. La superior, que corriente
mente es fija, tiene una boca para la entrada de la carga (Fig. 4.5). La inferior
gira. La carga pasa por el espacio que queda entre las dos piedras. Los produc
tos, una vez sometidos a la fuerza de cizalla desarrollada entre ambas piedras,
salen por el borde de la piedra inferior. En algunos modelos, las dos piedras
ALIMENTACION
PRODUCTO PRODUCTO
FIG. 4.5 M olino de piedras.

giran, en sentido opuesto. En las máquinas modernas, las piedras «naturales» o
«artificiales» están siendo sustituidas por acero endurecido.
Este tipo de molino se usa todavía en la molienda húmeda de maíz.
Otras variantes se utilizan mucho en la elaboración del chocolate. Por ejem
plo, los granos de cacao se trituran en molinos de tres piedras horizontales,
aunque los procesos modernos utilizan discos dentados, de acero endurecido,
en lugar de piedras.
4.3.4 MOLINOS GRAYITATORIOS
Este tipo de molinos se emplean en numerosas industrias para obtener una
molienda fina.
Existen dos tipos básicos: el de bolas y el de barras.
4.3.4.1 Molinos de bolas
En los molinos de bolas, operan simultáneamente las fuerzas de cizalla e
impacto (Fig. 4.6).
Están constituidos por un cilindro giratorio, horizontal, que se mueve a
poca velocidad, en cuyo interior se halla un cierto número de bolas de acero o
piedras duras. A medida que el cilindro gira, las piedras se elevan por las pare
des del cilindro y caen sobre los productos a triturar, que llenan el espacio libre
entre las bolas. Las bolas también giran y cambian de posición unas con res
pecto a las- otras, cizallando el producto a moler. Esta combinación de fuerzas
de impacto y cizalla produce una reducción de tamaño muy eficaz. El tamaño
de las bolas suele ser de 2-15 cm. Las bolas pequeñas proporcionan más pun
tos de contacto, pero las grandes producen mayor impacto. Al igual que en
todos los molinos, las superficies se desgastan, por lo que hay que vigilar la
posible contaminación del producto.
Cuando las velocidades de rotación son pequeñas, las bolas no se elevan
mucho por las paredes del cilindro; giran unas sobre otras, de forma que predo-
ALIMENTACIÓN
FIG. 4.6 M olino de bolas.

minan las fuerzas de cizalla. A velocidades superiores, se elevan más y crecen
las fuerzas de impacto. Las fuerzas de cizalla e impacto juegan papeles simila
res en la reducción. A velocidades altas, las bolas no se separan de la pared,
debido a la fuerza centrífuga. En estas condiciones, no hay molienda. Para
conseguir una molienda eficaz, no se debe superar la velocidad crítica, que se
define como aquella a la que una bola pequeña, esférica, situada dentro del
molino, empieza a ser centrifugada.9Se puede demostrar que la velocidad crí
tica N , en r.p.m., viene dada por:
42-3
= (4.4)
siendo D el radio del molino en metros.
En la práctica, la velocidad óptima se sitúa alrededor del 75% de la velocidad
crítica, y se debe determinar en las condiciones en que opera en la instalación
industrial.
Una variante del molino de bolas convencional que está encontrando una
utilización creciente, para lograr trituraciones muy finas, es el molino de bolas
vibratorio, en el que la cámara que contiene las bolas vibra por la acción de dos
pesos desiguales, colocados cada uno en un extremo del eje de un motor eléc
trico. La energía impartida por las paredes de la cámara de trituración se trans
mite al medio y al producto a triturar, que llena los espacios que quedan entre
las piezas trituradoras. En estos molinos, puede variarse el volumen vacío usando
bolas de distinto tamaño. En el molino Vibro Energy10, el volumen vacío, utili
zando esferas, es del 37%, en tanto que si emplea cilindros se reduce al 25%.
Cuanto más bajos sean los volúmenes vacíos, más delgadas resultan las capas
del producto atrapado y tanto mejores son las condiciones para una molienda
ultrafina. El medio triturador vibra sin movimiento relativo apreciable, de
manera que las fuerzas de cizalla son mínimas, por lo que las eficaces son las
de impacto. Los molinos vibratorios están encontrando también un amplio uso
como mezcladoras y dispersoras.
4.3.4.2 Molinos de barras
En ellos, las bolas se sustituyen por barras de acero. Operan las fuerzas de
impacto y cizalla, pero el efecto de las de impacto es menos acusado. Se reco
mienda utilizar molinos de barras con sustancias untuosas, que se adhieren a
las bolas, a las que restan eficacia. Las barras tienen la longitud del molino y,
como en el caso de las bolas, ocupan un 50% del volumen del molino.
4.4 FUNCIONAMIENTO DE LAS INSTALACIONES
DE REDUCCIÓN DE TAMAÑO
Se pueden considerar varias formas de operar, sin que ello quiera decir que
todas sean aplicables a un producto alimenticio determinado, o que se adapten

ALIMENTACION ■ Molino
ALIMENTACION
- PRODUCTO
(a)
PRODUCTO
FIG. 4.7 Forma de operar los molinos, (a) Molienda en circuito abierto, (b) Trituración libre.
(c) Molienda en circuito cerrado.
a las exigencias de un proceso concreto. El objetivo primordial es alcanzar la
reducción de tamaño deseada, al costo mínimo.
4.4.1 MOLIENDA EN CIRCUITO ABIERTO
Es el método de funcionamiento más sencillo de un molino (Fig. 4.7). No
precisa sistema de clasificación auxiliar (tamices vibratorios, etc.), por lo que
el capital a invertir en la instalación es pequeño. La corriente de alimentación
entra en el molino, pasa por la zona de acción y se descarga como producto. No
es posible el reciclado de gruesos (partículas que tienen un tamaño mayor que
el deseado). Como algunas de las partículas grandes atraviesan rápidamente el
molino y otras de tamaño pequeño tienen tiempos de residencia largos, se ob
tiene un producto con una amplia distribución de tamaños. La eficacia energé
tica no es buena, ya que numerosas partículas de tamaño aceptable se reducen
aún más, debido a un tiempo de residencia excesivo en la zona de acción.
4.4.2 TRITURACIÓN LIBRE
Con esta forma de operar, los tiempos de residencia en la zona de acción
son cortos. Así ocurre en la molienda en circuito abierto si la alimentación
tiene lugar por gravedad, a través de la zona de acción. Se limita, con ello, la
ruptura innecesaria de las partículas pequeñas, con lo que se reduce la forma
ción de partículas ultrafinas (aquellas de tamaño inferior al deseado). Esta
forma de operar economiza energía pero, como algunas partículas grandes pa
san rápidamente a través de la zona de acción, puede resultar en una distribu
ción amplia de tamaños en el producto final.

82 Las operaciones de ia ingeniería de los alimentos
4.4.3 ALIMENTACIÓN EN EXCESO
Se consigue restringiendo la descarga de producto, colocando una rejilla a
la salida del aparato. Para una velocidad de alimentación determinada, los pro
ductos permanecen en la zona de acción hasta que el tamaño de sus partículas
les permita pasar por la rejilla. Como los tiempos de residencia pueden ser
grandes, lo más probable es una molienda excesiva de las partículas más pe
queñas, con lo que se obtienen ultrafinos, a expensas de un gran consumo
energético. La alimentación en exceso es útil, cuando se quiere obtener un
producto finamente dividido. Permite lograr una relación de reducción relati
vamente grande con una sola máquina.
4.4.4 MOLIENDA EN CIRCUITO CERRADO
Esta forma de operar es la que esquemáticamente se muestra en la Figura
4.7(c). El tiempo de residencia de los productos se acorta, dejándolos caer por
acción de la gravedad o transportándolos rápidamente, a través de la zona de
acción de la máquina, arrastrados por una corriente líquida o gaseosa. La co
rriente de descarga pasa a un sistema de clasificación, en el que se retiran los
gruesos, que se reciclan otra vez al molino. De esta forma, el molino trabaja
con partículas grandes, con lo que se minimiza el consumo inútil de energía.
Los métodos de clasificación a utilizar dependen del sistema de transporte.
Cuando el flujo es por gravedad o por un sistema transportador mecánico, se
suelen emplear tamices vibratorios. Cuando el transporte es hidráulico o neu
mático, se emplean separadores de ciclón.
4.4.5 MOLIENDA HÚMEDA
Si el material de alimentación es húmedo o se puede humedecer sin dañar
lo, se puede tomar en consideración esta forma de operar. La carga se muele en
forma de suspensión, en la corriente líquida -frecuentemente de agua- que la
transporta. Se elimina así el problema creado por el polvo en la molienda seca
y se pueden utilizar, para separar las fracciones de tamaño deseadas, las técni
cas de clasificación hidráulicas, como la sedimentación y la centrifugación.
En la industria alimentaria, la molienda forma, con frecuencia, parte de
procesos de extracción, en los que se transfiere un constituyente soluble, del
producto inicial a la corriente líquida, para recuperarlo luego por evaporación,
como en la molienda del maíz.
La experiencia enseña que, en la molienda húmeda, el consumo de energía
es, en general, alto. También puede aumentar el desgaste del molino. La mo
lienda húmeda tiende a producir partículas más finas que las que se obtienen
en la molienda en seco, razón por la que se usa mucho para las moliendas
ultrafinas (ver también Sección 5.2.2.6).

4.5 DESINTEGRACIÓN DE SUSTANCIAS FIBROSAS:
CORTE EN RODAJAS, TROCEADO EN CUBOS,
DESMENUZAMIENTO Y TRANSFORMACIÓN EN PULPA
4.5.1 INTRODUCCIÓN
Los principios de la reducción de tamaño que acabamos de describir son
válidos para la reducción, a formas granulares o pulverulentas, de productos
frágiles, que contienen poco líquido o están secos. Muchos productos alimen
ticios pertenecen a esta categoría, entre ellos los azúcares, las especias, los
pimientos, los frutos secos y los cereales. Muchos otros productos alimenti
cios cuyo tamaño tiene que reducirse, como la carne, las frutas frescas y las
hortalizas, poseen una estructura fibrosa y contienen cantidades apreciables de
líquido. Como no son cristalinos, las fuerzas de compresión contribuyen poco
o nada a su desintegración. Las fuerzas de compresión juegan, sin embargo, un
papel importante en el estrujamiento, otra operación básica que supone reduc
ción de tamaño, y cuya finalidad es la extracción de líquido.
Para la desintegración de productos fibrosos, se utilizan, en general, fuer
zas de impacto y cizalla, casi siempre aplicadas por medio de una arista cortan
te. La mayor parte de los aparatos utilizados se parecen a los empleados con
las sustancias pulverulentas y secas. Por ejemplo, los martillos de un molino
de percusión se pueden sustituir por cuchillas que aplican la fuerza de impacto
a lo largo de un filo cortante. Asimismo, los molinos de discos pueden llevar
estrías o dientes de sierra en las caras del disco, para producir desgarros.
En operaciones de reducción de tamaño más especializadas, puede ser ne
cesario obtener partículas de forma específica y tamaño uniforme, a fin de
simplificar su manejo, facilitar los procesos de velocidad (como la deshidrata-
ción o el tratamiento térmico) o mejorar la apariencia del producto. Además,
los sólidos fibrosos pueden requerir su conversión en pulpa semisólida y blan
da, como ocurre, por ejemplo, en la elaboración de confituras. Estas operacio
nes de reducción de tamaño más específicas requieren, naturalmente, aparatos
de diseño especial. Una de las operaciones de. corte más especializadas es el
rebanado, o corte en rodajas.
4.5.2 REBANADO O CORTE EN RODAJAS
Las rodajas de frutas se consumen mucho como postre; ofrecen un aspecto
atractivo y son de un tamaño adecuado. Para su obtención se suelen utilizar
cuchillas rotatorias; las cuchillas están situadas de forma que corten los pro
ductos que se les acercan, generalmente arrastrados por una cinta vibratoria,
en rodajas paralelas del espesor deseado. En otros sistemas, las frutas pasan a
través de un tubo con filos cortantes estacionarios, situados radialmente a lo

84 Las operaciones ele la ingeniería de los alimentos
largo de toda su longitud. Este tipo de instalación obtiene secciones, en forma
de cuña, de frutas firmes, como las manzanas.
4.5.3 TROCEADO EN CUBOS
El troceado en cubos o dados, es decir, el corte de los alimentos para formar
cubos, suele ir precedido por el corte en rodajas del espesor deseado; las roda
jas se colocan sobre una cinta transportadora que contiene una serie de estrías
que mantienen las rebanadas en la posición correcta, la cinta las arrastra hasta
un punto, en el que una cuchilla giratoria las corta en tiras. Las tiras pasan
luego por otra zona de corte en ángulo recto con la anterior. El resultado son
los cubos requeridos.
4.5.4 DESMENUZAMIENTO
Durante el desmenuzamiento, los productos alimenticios se fragmentan en
trozos pequeños, cuyo tamaño medio depende del tipo de aparato usado y del
tiempo de residencia en la zona de acción. Es una operación frecuentemente
usada como etapa preliminar de la deshidratación, ya que, el aumento de la
superficie acelera los procesos de velocidad. Para ello, se utilizan con frecuen
cia los molinos de martillo. El eje rotatorio lleva cierto número de discos, cada
uno de los cuales tiene una serie de aristas de impacto en su periferia. Los
martillos también pueden estar pivotados, de forma que golpeen. Para desme
nuzar alimentos fibrosos, son útiles cilindros concéntricos gemelos, con sus
superficies provistas de aristas cortantes a lo largo de toda su longitud, que
giran en sentidos opuestos. La carga ingresa en el cilindro interior y pasa a la
zona de acción, entre ambos. El desmenuzamiento se produce por la intensa
acción de cizalla y corte a que los materiales se ven sometidos; el producto
desmenuzado pasa a través del cilindro exterior hasta una tolva.
4.5.5 FORMACIÓN DE PULPA
Es otra operación de desintegración muy utilizada en la industrialización
de frutas de baja calidad, separadas durante la operación de clasificación (Ca
pítulo 3). La fruta que es comestible pero inaceptable para el procesado como
pieza entera se puede utilizar para la elaboración de confituras. Muchas frutas
y hortalizas se someten a transformación de pulpa y tamizado. Para la obten
ción de pulpa, se suele utilizar una máquina constituida por un tamiz cilindrico
que contiene, en su interior, cepillos que giran a gran velocidad. El producto a
transformar en pulpa ingresa en el cilindro y se ve forzado, por la acción de los
cepillos, a atravesar el tamiz. Los rabos, las pieles y las semillas se deslizan
sobre la superficie del tamiz y se expulsan como desechos (Sección 4.7.1).
Alternativamente, para el desmenuzamiento de la fruta, se puede usar una
máquina provista de paletas que giran a gran velocidad. Las características del

tamiz dependen de las exigencias del producto a obtener. Si se eligen tamices
de apertura adecuada, se logran pulpas sólido-líquidas finamente dispersas.
Antes de su transformación en pulpa, algunas frutas se calientan, para ablan
darlas, ya que su ablandamiento mejora el rendimiento en pulpa.
4.5.6 ENERGÍA NECESARIA PARA UNA OPERACIÓN DE CORTE
Son pocos los trabajos publicados relativos a la energía necesaria para una
operación de corte. En la disipación inútil de energía durante la ruptura juegan
un papel importante tanto la fricción como la deformación4(Sección 4.6). Es
tas pérdidas son menores si los filos o aristas de corte se hallan en buenas
condiciones.
4.5.7 CONSERVACIÓN DE LOS FILOS
Si las cuchillas se mantienen bien afiladas, no solo se reduce la disipación
inútil de energía, sino también el número de piezas de producto defectuosas
(por ej., muy magulladas y desgarradas), que casi siempre aparecen si las su
perficies de corte están embotadas o melladas. Para prolongar la vida de los
filos, las cuchillas deben ser de acero endurecido o de materiales semejantes y
hay que eliminar, durante la limpieza de la materia prima, todas las sustancias
extrañas (piedras, virutas metálicas, etc.), que puedan dañarlas. Las cuchillas
se montan en ejes rotatorios que giran a gran velocidad, en parejas, que deben
estar bien equilibradas, por lo que es preciso prestar gran atención a su des
montaje, afilado y recolocación.
4.6 ENERGÍA NECESARIA PARA LA DESINTEGRACIÓN
DE LOS SÓLIDOS
Pocos son los trabajos publicados, de carácter fundamental, sobre el consu
mo de energía en las operaciones de desintegración, como el corte, el desme
nuzamiento o el troceado. Algo más se sabe acerca de la ruptura de sustancias
frágiles. En la fragmentación se distinguen dos etapas:
(1) fractura inicial a lo largo de grietas ya existentes o de planos de unión en la
masa del material a fragmentar;
(2) formación de nuevas grietas o puntos de fisura, seguida de fractura a lo
largo de las mismas.
Una partícula se puede definir como un elemento discreto de un sólido,
cualquiera que sea su tamaño.
Cuando a una partícula se la somete a un esfuerzo (fuerza/área), por aplica
ción de una fuerza, primero se deforma y luego se rompe. Según la naturaleza
de la fuerza y la resistencia mecánica (el conjunto de las propiedades que defi

nen el comportamiento de un material sólido, en estas circunstancias4), el ma
terial puede: (i) sufrir una deformación elástica, es decir deformarse dentro del
límite de elasticidad y recobrar su forma original cuando deja de actuar, (ii)
sobrepasar el límite elástico y sufrir una deformación permanente (deforma
ción no elástica), si el esfuerzo aplicado es lo bastante grande.
A medida que aumenta el esfuerzo aplicado, va creciendo la deformación
no elástica, hasta que se supera el umbral de fluencia. La partícula puede en
tonces romperse rápidamente (materiales frágiles) o continuar deformándose
(materiales dúctiles) hasta que finalmente se rompe por haber alcanzado el
esfuerzo límite de rotura. El esfuerzo límite constituye una propiedad caracte
rística del material, pero también influyen en la mayor o menor facilidad de
desintegración y, por tanto, en la energía precisa para reducir su tamaño, la
estructura y la forma de la partícula.
Las partículas contienen planos débiles a lo largo de los cuales se puede
iniciar la rotura cuando son sometidas a esfuerzo de cizalla. En las partículas
grandes, la rotura puede producirse a lo largo de fisuras preexistentes (planos
de fractura). En las más pequeñas, tienen que generarse nuevos planos de frac
tura, a partir de puntos de inicio producidos bajo el influjo del esfuerzo. Como
las partículas más pequeñas ofrecen menos fisuras preexistentes (si es que
alguna), su esfuerzo de rotura es más alto. La energía precisa para la rotura de
las partículas crece a medida que disminuye su tamaño. Las deformaciones
elásticas no son valiosas en la trituración; consumen energía, pero no inician la
rotura de las partículas. La energía almacenada en el proceso de deformación
se pierde durante la recuperación (cuando el esfuerzo cesa). La deformación
elástica y la fracción interpartículas convierten a la reducción de tamaño en
una operación muy ineficiente, de un rendimiento energético pobre.
En general, se acepta que sólo una pequeña parte de la energía consumida
por una instalación de desintegración se utiliza en la rotura. Sólo una pequeña
fracción de la energía suministrada a la máquina aparece como nueva energía
superficial en el sólido. fSe han citado al respecto cifras inferiores del 2%, lo
que equivale a decir que la molienda es una operación muy ineficiente. La
mayor parte de la energía consumida se pierde en deformar las partículas den
tro de sus límites de elasticidad y en la fricción interpartículas. Esta energía
perdida se desprende en forma de calor que, según hemos visto, puede causar
el deterioro térmico de los productosJ(Sección 4.2.4).
Los estudios teóricos sugieren que la energía dE necesaria para producir un
pequeño cambio, dx, de tamaño en la unidad de masa del material a triturar se
puede expresar como una función exponencial de su tamaño:
dE K
esta ecuación ha sido muy utilizada.

4.6.1 LEY DE RITTINGER (1867)
Rittinger consideró que, durante la molienda de los sólidos, la energía ne
cesaria debe ser proporcional a la nueva superficie producida y dio a n un valor
de 2.
Por lo tanto:
dE
dx
K
y por integración
E = K
1 1
i.
(4.6)
donde, x yes el tamaño medio inicial del material de alimentación, x2el tamaño
medio final del producto. E es la energía por unidad de masa necesaria para
producir la nueva superficie, midiéndose corrientemente en caballos horaton-1.
K es la llamada constante de Rittinger, que tiene un valor determinado para
cada producto y cada aparato concretos.
La ley de Rittinger se cumple bien en la molienda fina, en la que aumenta
mucho la superficie.
4.6.2 LEY DE KICK (1885)
Kick consideró que la energía necesaria para producir una reducción de
tamaño dada era proporcional a la relación de reducción de tamaño, para lo
que es necesario que n = 1, en la ecuación (4.5).
Con lo que:
dE__ K
dx x
o bien
siendo x, /x, la relación de reducción de tamaño (Sección 4.1.4).
La ley de Kick se cumple mejor en la trituración grosera, en la que la mayor
parte de la energía se utiliza para la fractura siguiendo grietas preexistentes.
Mide la energía necesaria para deformar las partículas sin superar su límite
elástico.

La energía necesaria calculada por la ley de Kick resulta demasiado peque
ña para muchas operaciones de trituración; la estimada por la ley de Rittinger
resulta excesiva.
4.6.3 TERCERA LEY DE DESINTEGRACIÓN: LEY DE F. C. BOND
(1952)
Según Bond", n tiene un valor de 3/2, por lo que
dE K
áx x m
o bien
E = 2K
(x2)l/2 (x,)1/2
(4.8)
Cuando x,y x2 se miden en micrómetros y E en kWh/ tonelada americana
(907,16 kg).
K = 5E.l
donde, Ei es el índice de trabajo de Bond, es decir, la energía necesaria para
reducir la unidad de masa de la sustancia, desde un tamaño de partícula infini
to, hasta un tamaño tal que el 80% pase por un tamiz de 100 micrómetros de
apertura de malla.
El índice de trabajo de Bond se obtiene en ensayos de laboratorio con el
material de alimentación. Esta tercera teoría describe bastante bien las moliendas
groseras, intermedias y finas de muchos materiales.
4.7 TAMIZADO
El tamizado es una operación básica en la que una mezcla de partículas
sólidas, de diferentes tamaños, se separa en dos o más fracciones, pasándola
por un tamiz. Cada fracción es más uniforme en tamaño que la mezcla original.
Un tamiz es una superficie que contiene cierto número de aperturas, de igual
tamaño. La superficie puede ser plana (horizontal o inclinada) o cilindrica.
Los tamices planos, de pequeña capacidad, se denominan cedazos o cribas. En
(general, los tamices se usan mucho para separar mezclas de productos granulares
o pulverulentos, en intervalos de tamaños! Hay cierto solapamiento entre el
tamizado y otras operaciones básicas, ya que los tamices y rejillas se utilizan,
en la filtración (Capítulo 6), para separar productos sólidos groseros o fibrosos
de una fase líquida y, en la industria alimentaria, para separar por tamaños, y

clasificar, frutas y hortalizas (Capítulo 3). Esta sección se dedica a la separa
ción de los sólidos según su tamaño.
Además de para separar industrialmente los productos alimenticios en dos
o más categorías de tamaño de partícula, con fines industriales específicos, el
tamizado o cribado se usa también con fines analíticos, para determinar el
tamaño de partícula y la distribución por tamaños de los productos pulverulentos.
4.7.1 TERMINOLOGÍA DEL TAMIZADO
Productos finos, pequeños o menos (—), son los que pasan a través de un
tamiz dado.
Producto de cola, gruesos o más (+), son los que no pasan a través de un
tamiz dado.
Cualquiera de las dos puede ser la corriente deseada (producto) o la no
buscada (desechos), según el uso.
Apertura del tamiz o luz de malla, es el espacio entre los hilos que forman
la malla del tamiz. ^
Los cedazos para el análisis del tamaño de las partículas en el laboratorio se
designaban según el llamado número de malla, definido como el número de
hilos por pulgada lineal. Aunque esta denominación ha desaparecido del British
Standard for Test Sieves (BS 410: 1986) y de la International Sieve
Specification, aún sigue siendo muy usada en la industria.
Apertura de tamiz y número de malla son cosas muy distintas. Para una
misma apertura de tamiz, el número de malla dependerá del espesor del hilo de
que esté fabricado.
Intervalo de tamiz o razón de serie de tamices, es el factor que relaciona las
aperturas sucesivamente decrecientes de una serie de tamices normalizados.
Se utilizan varias series de tamices diferentes:
(a) La Tyler Standard, que es una serie muy usada, cuyo tamiz más apretado es
de 200 mallas, fabricado con hilos de 0,0021 pulgadas de diámetro y una
apertura de malla de 0,0029 pulgadas. La razón entre las aperturas de dos
tamices consecutivos es (2)1'2. Para una clasificación por tamaños más de
tallada, pueden utilizarse series de Tyler con una razón de (2)l/4.
(b) La British Standard es una serie de tamices basada en el BS 410: 1986
«Test Sieves».12Un tamiz de 170 mallas tendrá una apertura de malla de
90 pin; la razón de las aperturas de tamices sucesivos, es de aproximada
mente (2)1/4.
(c) La American Society for Testing Materials. ASTM-E 11, que toma como
base un tamiz de 18 mallas, con una apertura de 1,0 mm y una razón
de (2)1/4
Numerosos tamices de las series BS se corresponden con las recomenda
ciones de la International Standard Organisation (ISO) para tamices analíticos.
La norma ISO 565 recomienda una serie de tamices que está constituida por

uno de cada dos de la serie americana (alternadamente uno si y el siguien
te no).
Diámetro de unafracción tamizada (diámetro de losfinos). El diámetro medio
de la fracción que atraviesa un tamiz dado, pero es retenida por el siguiente
más pequeño de la serie, es la media aritmética de las dos aperturas de malla.
Diámetro de las partículas sólidas. Corrientemente, se denomina diámetro a
la dimensión de la partícula que controla su retención por un tamiz. Las partí
culas con que se opera en la industria son, en general, de forma irregular. Se
usa, por ello, un diámetro medio, que depende del método de medida, por lo
que es corriente que se citen distintos diámetros de partícula. Por ello, el diá
metro medio resulta un término muy ambiguo, si no se especifica el método de
medida.
4.7.2 TAMICES INDUSTRIALES
Los tamices industriales se construyen con barras metálicas, láminas y ci
lindros perforados o con telas y tejidos, con hilo de distintos materiales. Los
tamices para separar alimentos suelen ser de acero inoxidable, metal Monel o
tela de nailon.
4.7.2.1 Parrillas o tamices de barras (
Se utilizan para tamizar partículas de tamaño superior a 2,5 centímetros.
Consisten en un grupo de barras paralelas, espaciadas según se necesite. Las
barras tienen corrientemente forma de cuña, para evitar la obturación o embo-
ALIMENTACIÓN
FIG. 4.8 Tamices de barra de sección triangular.

tamiento (Fig. 4.8). Se pueden colocar horizontales o inclinadas, con ángulo
de 60°C. Existen también parrillas vibratorias, en las que la corriente de ali
mentación se desplaza sobre la superficie del tamiz, bajo la acción de una serie
de sacudidas.
4.7.2.2 Tamices vibratorios
El tamiz vibratorio más sencillo consiste en un marco que soporta una ma
lla de alambre o una placa perforada. Pueden ser sacudidos mecánica o
electromagnéticamente; el movimiento resultante desplaza la carga a tamizar
sobre la superficie del tamiz. En general, están inclinados respecto de la hori
zontal, y se utilizan mucho para la clasificación de frutas y hortalizas. Estos
sistemas de tamizado pueden estar constituidos por series de tamices monta
dos unos sobre otros, con lo que se logra separar una carga en corrientes de
varios intervalos de tamaño.
4.7.2.3 Tamices de tambor
Son tamices cilindricos, giratorios, montados casi horizontalmente. La su
perficie de tamizado puede estar constituida también por una malla de alambre
o una placa perforada. A veces, tienen secciones transversales hexagonales,
lográndose con ello una agitación que facilita la separación de los finos. Para
productos en polvo, se utilizan tamices de tela o mallas de alambre y para las
fmtas y las hortalizas perforaciones circulares.
La capacidad de un tamiz de tambor aumenta, a medida que lo hace la
velocidad de rotación, hasta alcanzar una velocidad crítica. A velocidades ma
yores que la crítica, el producto no cae en cascada sobre la superficie, sino que
es arrastrado por la fuerza centrífuga, lo que dificulta mucho la separación.
La velocidad crítica viene dada por la ecuación (4.4)
42-3
N --------
(D)m
en la que, N es el número de revoluciones del cilindro por minuto y D su
diámetro, en metros.
En el Capítulo 3 se describen los aparatos de clasificación por tamaño usa
dos con frutas y hortalizas.
4.7.3 FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA
DE LA OPERACIÓN DE TAMIZADO
Idealmente, el objetivo del tamizado es una separación completa de los
productos deseados y los desechos. El grado de separación alcanzado puede
verse influido por numerosos factores.

(i) Velocidad de alimentación. Si la velocidad de alimentación es demasia
do grande, el tiempo de residencia sobre la superficie de tamizado resul
ta insuficiente. El tamiz se sobrecarga y parte de los materiales que de
bieran ser finos acompañan a los gruesos.
El ángulo de inclinación del tamiz también influye sobre el tiempo de
residencia. Un ángulo demasiado grande (muy pendiente) dará como
resultado un tiempo de residencia insuficiente, mientras que un ángulo
muy pequeño puede reducir el flujo gravitatorio a través del tamiz.
(ii) Tamaño de partícula. Aunque la partícula sea suficientemente pequeña,
sólo pasará a través del tamiz si se alinea adecuadamente. Las partículas
grandes tienden a impedir el paso de las pequeñas y, si la proporción de
gruesos es grande, puede necesitarse una separación preliminar.
(iii) Humedad. Si el producto de partida está húmedo pueden aglomerarse
las partículas pequeñas y las grandes; las pequeñas serán arrastradas
con las grandes.
(iv) Tamices deteriorados o rotos. Las partículas grandes se colarán por las
zonas dañadas, con lo que disminuirá la eficacia de la separación. Los
tamices defectuosos se deben reparar de inmediato. Los tamices finos
son muy frágiles y hay que tratarlos con gran cuidado.
(v) Embotamiento de los tamices. Cuando el tamaño de las partículas es
similar al de apertura de la malla, los tam ice/se suelen obturar. Las
partículas cuyo tamaño les permitiría atravesarlo se ven arrastradas con
los gruesos. Los tamices así cegados deben limpiarse de inmediato, si se
quiere mantener su eficacia.
(vi) Carga electrostática. Al tamizar productos secos en polvo, se pueden
cargar las partículas; las pequeñas se agregarán y se comportarán, no
como finos, sino como gruesos. La aglomeración se evita conectando el
tamiz a tierra, lo que impedirá también que se alcance un alto voltaje de
electricidad estática en ambientes potencialmente explosivos.13
4.7.4 EL TAMIZADO EN EL LABORATORIO
En el laboratorio, se utilizan tamices normalizados, de hasta 16 mm de
apertura, para el análisis de tamaños por tamizado. El intervalo corriente de
tamaño de partícula medido por estos métodos es de 50-3.000 pm. El tamaño
de las partículas más gruesas se determina normalmente por medida directa.
En las publicaciones del British Standards Institute se detallan las técnicas
de análisis de tamaño de partícula de productos en polvo, mediante la utiliza
ción de tamices. El BS 3406 trata del sistema de muestreo y el BS 1976: 1976
del método, la nomenclatura y la presentación de resultados. El BS 410: 1986
recoge las especificaciones británicas para cedazos de aperturas entre 16 mm y
32 pm.

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