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Departamento de Ingenieria de Procesos e Hidráulica Diseño de una danta wocesadora de trigo

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(1)

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

División de Ciencias Básicas e Ingenieria

Departamento de Ingenieria de Procesos e Hidráulica

Diseño de una danta wocesadora

de trigo

Tesis que presentan

los

alumnos:

Miguel Angel Acosta Martinez

Juan Gabriel Garcia Ramirez

94376782

92320853

Para la obtención del grado de:

Ingeniero Quimico

Asesor:

/

/

Dr.

Mario G.&/izcarra Mendoza

(2)

Laboratorio de Procesos y DiseAo I, II y 111

INDICE

I. RESUMEN Y CONCLUSIONES.

I.

1 Descripción relacionada con el producto.

1.2 Descripción relacionada con el proceso.

11.

EL PRODUCTO Y

sus

CARACTEI~ASTICAS.

TI. 1 Propiedades físicas y químicas.

11.2 Composición Química.

11.3 Procesos de obtención de harina de trigo.

11.3.1 Selección del proceso de obtención de harina de trigo.

11.4 Diagrama de flujo del proceso seleccionado.

11.4.1 Esquema del proceso para la obtención de harina de trigo.

111.

ESTUDIO DE MERCADO.

111.1 Superficie cosechada en México.

111.2 Valor de la producción total.

111.3 Producción.

111.4 Valor unitario del trigo.

111.5 Precio correspondientes a junio de 2000.

111.6 Precios en el mercado.

111.7 Demanda “consumo nacional”.

111.8 Capacidad de la planta

y

ubicación.

IV

TRABAJO

INVESTIGACIóN (PARTE EXPERIMENTAL).

IV. 1 Metodología.

IV.2 Caracterización de la materia prima.

IV.3 Secado.

IV.4 Humidificación.

IV.5 Lecho fluidizado horizontal

y

aspersión.

IV.6 Molienda.

IV.7

Tamizado.

v.

DISEÑO DE LA PLANTA DE HARINA DE

TRIGO.

V. 1 Balance de materia para el proceso global.

V.2 Balance de energía en cada equipo.

V.3

Costos de equipo.

V.4 Alternativas de equipo.

(3)

VI PERSONAL NECESARIO.

VI. 1 Organigrama de la planta.

VI.2 Personal necesario.

V11 EVALUACIóN ECONóMICA DEL PROYECTO.

VII.

1

Métodos de comparación de proyectos.

VII.2 Estimación de costos.

VI11 SEGURIDAD E HIGIENE.

VET.

1

Plagas y enfermedades.

VIII.2 Almacenamiento.

VIII.3 Ruido (área de cribado).

VIII.4 Explosión por polvos.

VIII.5 Condiciones para la generación de polvos explosivos.

VIII.6 Fuentes de ignición.

VI11.7 Prarámetros de los

polvos

explosivos.

VI11.8 Índice de explosividad.

VI11.9 Prevención de explosiones de polvo.

BIBLIOGRAF~A.

APÉNDICE A.

APÉNDICE B.

APÉNDICE

c.

APÉNDICE D.

APÉNDICE

E.

APÉNDICE F.

APÉNDICE G.

APÉNDICE H.

APÉNDICE

I.

(4)

Laboratorio de Procesos y 5iSefiO I, I/ y /I/

PROLOGO

En este proyecto, se presenta el trabajo realizado en

los

tres trimestres de

Laboratorio de Procesos y Diseño, que integra

los

conocimientos adquiridos

durante el transcurso de la formación académica.

Las actividades realizadas en el desarrollo del proyecto, comprenden una

investigación bibliográfica, investigación de campo, la parte experimental en

los

laboratorios y el diseño y desarrollo de un proceso innovador, factible y aplicable a corto plazo. Además de alcanzar el objetivo principal del proyecto, se obtienen

otro tipo de beneficios como son el tener una visión más amplia de la función del

Ingeniero Químico en la industria, el trabajo en equipo, el cual reduce el tiempo

de alguna tarea, además que se adquieren nuevos conocimientos al interactuar

bajo otros puntos de vista.

A continuación se describe en forma detallada, la integración de los tres

(5)

Laboratorio de Procesos y Diselio I, I/ y /I/

1.- RESUMEN Y CONCLUSIONES

1.1 DESCRIPCION RELACIONADO CON EL PRODUCTO

La importancia del trigo en México se basa en tres aspectos fundamentales: a)

por la variedad de alimentos que se obtienen; a partir del molido del grano; b) por

ser parte importante de la dieta alimentaria de la población y; c) por ser materia prima elemental de la industria harinera.

La mayor cantidad de trigo se consume como harina, ía que se utiliza

principalmente para la elaboración de productos horneados como el pan,

galletas, repostería y pasteles, predominando su uso en la producción del

primero. Las características principales que determinan la calidad de panificación de la harina de trigo son:

a) La cantidad de proteína que contiene el grano. b) La calidad de la proteína del grano.

Los usos principales del producto en la industria de transformación, de acuerdo a sus características, se clasifican en los siguientes grupos:

TIPOS DE TRIGO CARACTERíSTICAS Y USOS:

TRIGO CARACTERISTICAS

usos

Rojo duro de Drimavera

Durum

Rojo duro de invierno

Rojo blando de invierno.

Blanco

Duro blanco.

FUENTE: ACERCA; CI

I

Textura dura y alto

Se emplea para harina

Color ámbar y rojo, granos

panificación contenido de proteínas.

Se emplea en la

largos y en punta, de textura de sémola, con la cual se dura y vítreos, es de mayor elaboran pastas y

contenido proteínico. productos similares.

Textura dura y alto

contenido de proteínas

Se emplea en la industria

galletas, pastas y usos proteínas presenta.

elaboración de pasteles, el que menor contenido de

Se emplea en la

Textura suave semi-dura, es

panificadora.

Textura suave a dura, tiene bajo contenido de proteínas, sus granos son blancos a

rojos.

Presenta un sabor dulce Se emplea en la

niveles de fibra similares al elaboración de tallarines,

rojo,

tiene bajos niveles de levaduras y pan

proteína y son altos sus

indices de producción.

ridades Agropecuarias; No 43, marzo de 1997

(6)

Laboratorio de Procesos v Diseiio I. II v 111

En México, la producción de trigo se orienta de acuerdo a las características de la demanda del grano y al rendimiento en campo, de tal forma que las variedades

de

los

primeros grupos ( panificables) son más susceptibles a las enfermedades

y sus rendimientos son menores que

los

trigos cristalinos, por

lo

que no son tan

atractivos para los productores.

Los consumidores principales están conformados por tres subsistemas agroindustriales.

a) Industria intermediaria dedicada a la molienda del trigo.

b) Industria final dedicada a la elaboración de pan, galletas y pasteles. c) Industria final dedicada a la elaboración de pastas alimenticias.

La producción del cereal en México se caracteriza por su marcada

regionalización, aunque su cultivo se desarrolla en más de 20 estados; la mayor

parte de la producción se localiza en las regiones Noroeste y Bajío.

1.2 DESCRIPCION RELACIONADA CON EL PROCESO.

Cuando el trigo llega del campo, contiene impurezas adquiridas entre la cosecha

y el almacenamiento. Debido a las necesidades del proceso y a la presencia de

impurezas en el trigo, es necesario realizar una limpieza, por medio de la cual se

separan, y el trigo una vez limpio, está listo para el proceso de obtención de

harina.

El proceso de obtención de harina de trigo, requiere de una serie de operaciones

unitarias relacionadas con el tratamiento de los granos de trigo, que van desde

su cosecha hasta la molienda.

La primera operación que es necesario realizar es

la

relacionada con el

acondicionamiento del trigo, que consiste en la limpieza, caracterización física de

los

granos y la determinación del contenido de humedad de los mismos.

La segunda operación consistirá, dependiendo del contenido de humedad que

contenga el trigo, de una operación de humidificación (Xo e 16% h . ) 0 bien de

secado (& > 16% b.s.).

Finalmente una vez alcanzado el contenido de humedad necesario. para la

molienda ( 16% b.s. ) el trigo es enviado al molino, para la obtención de la harina,

para su posterior clasificación por tamaño de partícula.

11. EL PRODUCTO Y SUS CARACTERbTICASm3

11.1 PROPIEDADES FíSICAS Y QUíMICAS.

El trigo es el cereal más cultivado del mundo por delante del arroz y del maíz,

(7)

Laboratorio de Procesos y DiseAo I, I1 y 111

Un grano de trigo es de forma ovalada como un huevo, pero contrariamente a

este último, posee dos caras bien distintas, una abombada y otra plana,

separadas en el centro a la luz podemos distinguir algunos pelos; el germen

ocupa al otro extremo, bajo la parte abombada.

El grano es generalmente de color moreno claro, 1 grano pesa entre 25 y 40 g.

Un grano de trigo se compone de tres partes esenciales:

I.

II.

111.

Las envolturas (del 12 al 15% en peso del grano). Están formadas por tres

membranas: epicarpio, mesocarpio y endocarpio, que juntas forma el

pericarpio.

El germen (2.5 a 3%). Encargado de formar la futura planta, si el grano no

es sembrado, el germen no entra en acción. Contiene muchas vitaminas y

sales minerales, pero también materia grasa (12.5% de peso).

La almendra harinosa (82 al 88%). Contiene la harina y está formada por

pequeños alvéolos irregulares en los que se encuentran los dos

componentes más importantes de la harina: el gluten y el almidón.

B Capa proteica

D Pabellbn nutritivo

Células longludinales

Celulas transversales Epidermis del núcleo Albumen amiláceo

Fig. l. Corte transversal del

grano.

11.2 COMPOSICIÓN QUíMICA

El grano maduro está formado por agua, proteínas, lípidos, almidón y otros

(8)

Laboratorio de Procesos Y Diseño I, II Y 111

El agua. El contenido de agua en el trigo varía según sea su procedencia; en

climas humedos su porcentaje de agua oscila entre 16 a un 18%, y en climas

secos, un mínimo de un 8%.

Prótidos. Los prótidos son el contenido proteínico del grano, un compuesto de

nitrógeno, carbono, hidrogeno y oxígeno.

Sus valores medios oscilan entre un 9 a un 12%, el porcentaje de proteína total

se divide en fracciones de globulina, prolamina, gluten.

Estas dos fracciones proteínicas del trigo son insolubles en el agua y, mediante

el proceso de panificación, formarán el gluten y con el amasado adquirirá una

alta elasticidad. Esta característica se la da al pan la glutenina y la extensibilidad, se la darán las gliadinas.

Lípidos. Los lípidos son la materia grasa que provienen de los residuos del

germen principalmente, y su contenido es bajo. Los lípidos, debido a su

composición y al proceso de transformación panificadora, contribuyen a la conservación del producto final obtenido.

Glúcidos.

El almidón es el componente más importante de la harina. El almidón

no se disuelve en el agua fría, ni en el alcohol, por lo contrario calentándolos a

una temperatura aproximada de 50 a 65

"C

estallan y forman unos engrudos

(espesan). Tres gramos de almidón absorben 1 gr. de agua aproximadamente.

El grano de trigo recolectado bastante maduro, permite obtener un pan de mayor volumen que el obtenido con granos no maduros.

Sales minerales. La mayor parte de cenizas ( o sustancias inorgánicas se

encuentran en el salvado y se puede verificar mediante un análisis que estará en

correlación con la tasa de extracción, en la molienda.

Los principales minerales son: fósforo, magnesio, azufre, calcio y hierro.

Vitaminas. El trigo contiene bastantes cantidades de vitaminas tales como: la

tiamina, la riboflavina, la cianina, etc. Pero carece de otras como las vitaminas C

Y D.

Enzimas. Las enzimas son de procedencia proteínica y son catalizadores

biológicos. Las enzimas más importantes son tres: alfa-beta amilosa, que

provienen del trigo o se pueden añadir y que reduce el almidón a maltosa, y la

diastasa que es la que produce la fermentación alcohólica.

La alfa-amilasa transforma el almidón en dextrina y maltosa, y la beta-amiiosa

casi solo produce maltosa.

(9)

Laboratorio de Procesos y Diseiio I, I1 y 111

COMPONENTES Porc

Agua 8

Proteinas Prótidos 8

Materia grasa Lipidos 1 5

Almiddn y

otros azúcares Glúcidos 60

Sales minerales Ceniz 1 5 Vitaminas B y E 0’12

Mini mo

:entaje en peso Marno 18% 17%

2%

71 %

2%

E d e t o

Fig. 2. Corte longitudinal del grano.

11.3 PROCESOS DE OBTENCIóN DE HARINA DE TRIGO.

El proceso tradicional para la obtención de harina refinada se lleva a cabo

utilizando equipos de procesos muy rudimentarios en los cuales se ocupan

mucho espacio y operan con poca eficiencia además de que la manera de

controlar

los

equipos aún se controla manualmente.

Los molinos que se utilizan en el proceso tradicional comúnmente son de piedra

y martillo, debido al bajo rendimiento de harina por pérdidas de producto.

También es importante mencionar que este tipo de molino opera en circuito

cerrado (con unas o más recirculaciones de harina).

El área de cribado genera mucho ruido dentro de la planta.

11.3.1 SELECCIóN DEL PROCESO DE OBTENCIóN DE HARINA DE TRIGO.

El proceso seleccionado se inicia de la siguiente manera:

Recepción. El trigo llega a la fábrica de harina después de haber sido

transportado o almacenado, durante el transporte o en el campo adquiere diversas impurezas. La fábrica debe estar equipada con una zona de

recepción, para recibir el trigo proveniente de los diferentes lugares donde

se cosecha.

AI llegar a la planta, el trigo puede contener impurezas adquiridas en el

(10)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y 111

G Materias vegetales: semillas de malas hierbas, granos de otros

G Materias animales: excrementos y pelos de roedores, insectos,

O Materias minerales: Barro, polvo, piedras, objetos metálicos, clavos,

cereales, residuos de plantas, pajas, palos, etc.

ácaros.

tuercas, etc.

Prelimpieza. Las impurezas formadas por partículas discretas que no se

adhieren al grano de trigo, se separan con un cribador-clasificador, basado en la diferencia de características físicas como son tamaño

(longitud y anchura), forma, densidad, propiedades electrostáticas entre

otras. La eficacia de la operación de cribado depende del diseño de la

maquinaria, de la velocidad de alimentación y de separación de

impurezas, además de separar las impurezas más pequeñas por medio de una corriente de aire.

Limpieza. Posteriormente el trigo se somete a otra prueba de limpieza; en

esta etapa se pule el grano

con

el fin de obtener una harina mas blanca,

desprendiendo los residuos de impurezas que no se separaron durante la

etapa del cribado.

Acondicionamiento. En esta fase el objetivo principal es mejorar el

estado físico del grano para su molturación y de esta manera mejorar la

calidad de la harina fabricada. Este proceso implica el ajuste del contenido

medio de humedad, secándolo

o

humedeciéndolo dependiendo del

contenido inicial de humedad. Puede ser necesario recurrir al

calentamiento o enfriamiento con el fin de conseguir la humedad deseada

y su distribución dentro del grano.

Molturación. El objetivo de la molienda es separar el germen y el salvado

del endosperm0 para

la

producción de harinas refinadas.

Tamizado. El proceso de tamizado consiste en la separación de

partículas, basado exclusivamente en el tamaño de las mismas. En el

tamizado industrial los sólidos se sitúan sobre la superficie del tamiz. Los

de menor tamaño o finos, pasan a través del tamiz, mientras que los de

mayor tamaño, o colas, no pasan. En esta parte se separan los diferentes

(11)

Laboraforio de Procesos y Disefio I, I I y 111

11.4 DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO SELECCIONADO

alimentador Tomillo

-

Sistema neumatico

Lecho fluidizado

ventilador

Sistema de reposo

Colector de

i

finos / B. Proceso de humidificaci6n Molino

Tamiz

(12)

Laboratorio de Procesos y Diseiio I, I! y 111

11.4.1 ESQUEMA DEL PROCESO PARA LA OBTENCI~N DE HARINA DE

TRIGO3

Cosecha de trigo

4

TranSpO*e

P

Recepción en la fá rica de los trigos

Separación de piedras gordas, hierbas

y semillas

Almacenado

2*. Limpieza intensiva en seco

Eliminación total de cualquier partícula que no sea grano del trigo

Humedad del tri o entre 5 8 %

Mojado del trigo limpio

4

4

4

3

4

[Adición de agua hasta conseguir una

del 16-17% esencialmente

Humidificación. Reposo del trigo

18-24 hr

Tamizado

Hahna Integral Harinh blanca

1

1

(13)

Laboratorio de Procesos Y DiSeilo 1, /I Y 111

111

ESTUDIO DE MERCADO"

111.1 Superficie cosechada en México

De acuerdo a las condiciones climatológicas y geográficas que permiten el

desarrollo del cultivo del trigo, las siembras de los principales estados

productores del ciclo otoño-invierno inician en el mes de noviembre y terminan en febrero del siguiente año. Por su parte, las cosechas inician en el mes de abr-íl y culminan en julio.

A continuación se presenta una comparación de la superficie cosechada en el ámbito nacional con las zonas de mayor producción.

$ 1200000

fJ 1000000

r

800000

600000

400000

200000

O

Superficie cosechada (Ha) de trigo a nivel nacional

1993 1994 1995 1996 1997 1998

Alto

!

R NACIONAL

i

\.NOROESTE 1

Fuente: para 1993-1 998: SARH. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola

de los Estados Unidos Mexicanos (varios años).

(14)

Laboratorio de Procesos Y Diseiio I, 11 Y 111

111.2 Valor de la producción total anual del trigo.17

Valor (mdp) del trigo a nivel nacional

Fuente: para 1993-1998: SARH. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola

de

los

Estados Unidos Mexicanos (1 993 a 1998).

Gráfica 2. Valor del trigo (mdp) en el ámbito nacional.

111.3 Producción

La producción del cereal en México se caracteriza por su marcada

regionalización, aunque su cultivo se desarrolla en más de 20 estados; la mayor

parte de la producción se localiza en las regiones Noroeste y Bajío.

4500000

4000000

3500000

3000000

2500000 2000000 1500000

1000000

500000

O

Producci6n Nacional (ton) de trigo

~ 63 NACIONAL

I

NOROESTE

~U BAJIO

Fuente: para 1993-1998: SARH. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola

de

los

Estados Unidos Mexicanos (varios años).

(15)

Laboratorio de Procesos y Diseiio I, II y 111

111.4. Valor unitario del trigo.

5 2500

3

2 2000

n

1500

1 O00

500

O

Valor unitario (pesoslton) de trigo en el ambit0 nacional

1993 1994 1995 1996 1997 1998

AAo

Fuente: para 1993-1998: SARH. Anuario Estadistico de la Producción Agrícola

de

los

Estados Unidos Mexicanos (varios años).

Gráfica 4. Precio de trigo (pesodton) en el ámbito nacional. e

En la Gráfica 4 se hace una comparación entre el valor promedio nacional y las

dos zonas del país con mayor producción del grano. Estos valores se obtienen

de dividir el precio de la producción total entre la cantidad total que se cosechó.

Precio del trigo (pesoslKg).

0.5

O

1993 1994 1995 1996

~ ..

, . . .

1997

1

1

1998

Año

Fuente: INEGI. X1 1 Censo Ejidal. Resultados Definitivos (1 993-1 998).

Gráfica 5. Precio de trigo por kilogramo.

En esta Gráfica se presenta los precios del trigo por kilogramo, haciendo una

comparación entre el precio promedio nacional y las zonas Noroeste y Bajío.

(16)

Laboratorio de Procesos Y Diseilo 1. I1 v 111

111.5 Precios correspondientes a junio de 2000.18

111.5.1-Precios en el mercado presentación paquete de 1 kg de harina de trigo

PRECIOS EN EL MERCADO DE HARINA DE TRIGO paquete de

1 kg.

12 j ~ . " _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ ~ ~- . _____"

I

mw

"

De todo Chedraui Tianguis Carreofour M-CM CM M-CM Bodega De todo

(MP) W"

Centros Comerciales

Fuente: Investigacion de mercado 2000.

Gráfica. 6 Precios en el mercado para un kg de harina de trigo.

(17)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y 111

111.6 Precios en el mercado presentación paquete de 1 Kg de harina para Hot Cakes.

Precios en el mercado de harina de trigo para Hot Cakes (Paq. 1 kg)

8 20

8

18 16

.;

14

n

k!

l 2

10

8

6

4 2 O

Gráfica 7. Precios en el mercado nacional para un kg de harina de trigo para

Hotcakes (paquete de un kg).

Precio promedio de 1 Kg de harina de trigo para Hot Cakes es $12.40

111.6.1 Precios en el Mercado de harina de trigo para sopa de pasta paquete de 200gr.

4

3.5 3

2.5 2

1.5

1

0.5

O

Precios en

el

mercado de harina de trigo para sopa de pasta

(Paq. 200 grs)

Gráfica 8. Precios en el mercado nacional para un Kg. de harina de trigo para sopa de pasta (paquete de 200 9).

(18)

Laboratorio de Procesos y DiseAo I, I1 y 111

111.7 DEMANDA “CONSUMO NACIONAL”‘8

En el trigo el autoconsumo es poco significativo, debido a que los productores

rurales no manejan los procesos industriales de transformación.

El proceso de comercialización se realiza en el mercado libre debido a que desde el año de 1991 la Compañía Nacional de Subsistencias Populares (CONASUPO) se retiró de las compras nacionales del cereal; la comercialización de trigo en

México se lleva a cabo bajo normas de calidad establecidas en Norma Oficial Mexicana de trigo, en la que se estipulan las condiciones que debe tener un producto para los diversos usos, así como sus características comerciales. En

esta norma se establecen los límites máximos de humedad, granos dañados,

impurezas, granos con defectos y otras características.

Año Producción Importaciones Exportaciones Consumo

(A) ( 4 (C) Aparente

(A+B)-C (pesos)

4228444 43 1 699

1200,457 3,459,686 1995

5448474 881 73 141 3,743 4,122,903 1994 5325294

-

1741,488 3,583,806 1993 471 5507

-

1076,520 3,638,987 1992 (pesos) (pesos) (pesos)

1996 3,379,902 1872643 5 1 50437 1021 34

111.7.1

111.7.2

Consumo Nacional de trigo según destino.

CONSUMO PARTlClPAClON %

Alimentación humana 82.5

r Alimentación animal 11

Semilla para siembra

3 Mermas

3.5

Destino de la producción de trigo para consumo humano:

Productos Derivados Consumo de Harina

Galletas y pastas alimenticias

(91

O

empresas) 7%

Pasteles, proteínas y almidón.

65%

Panadería tradicional

25%

Panadería industrial

(19)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y 111

111.8 CAPACIDAD DE LA PLANTA Y UBICACIóN.

Para ubicar la planta se consideraron dos aspectos importantes, la producción de

la materia prima (trigo) y el consumo del producto (harina); El lugar donde se

ubicará la planta se encuentra en el estado de Guanajuato ya que es un punto

intermedio, entre los mayores consumidores y el lugar donde se cosecha el trigo,

lo cual también reduce los gastos de transporte.

La Harinera “MIGAHA se ubica en el parque industrial,

con dirección: Avenida

Tecnológico, cruce con autopista México-lrapuato, en el municipio de Celaya,

estado de Guanajuato. Cuenta con una capacidad de producción de 120 Ton/día, y una producción media de 3600 Ton/mes, cuenta con un mínimo de 144

empleados, trabaja las 24 horas del día y opera los 365 días del año. Produce

harinas de diferentes tipos, provenientes de algunas variedades de trigo.

IV TRABAJOS DE INVESTIGACIóN (PARTE EXPERIMENTAL)

lV.1 METODOLOGíA

La parte experimental se orientó principalmente a la caracterización física e

hidrodinámica del trigo, la cual involucra también la identificación y cuantificación

de impurezas; luego se hizo bajo un estudio experimental de

los

procesos de

humidificación y secado debido a que, independientemente del contenido de

humedad inicial del trigo, éste debe alimentarse al molino, con un contenido de

humedad del 16% en base seca.

IV.2 CARACTERIZACIóN DE LA MATERIA PRIMA.

IMPUREZAS.

En este proceso el trigo debe ser limpiado para eliminar la paja, semillas

extrañas, polvo e insectos.

Para la separación de impurezas se emplearon dos técnicas: 1) separación

(20)

Laboratorio de Procesos Y Diseño 1. I1 Y 111

DIMENSIONES DE LOS GRANOS DE TRIGO.

Longitudes características.

Con un vernier se miden las longitudes características según se muestra en el dibujo siguiente:

a) Longitud:

= 0.67 cm.

b) Ancho: a = 0.30 cm.

c) Altura: c = 0.21 cm.

El volumen del grano puede ser calculado por diferentes métodos.

1.

Aplicando la fórmula que permite el cálculo del volumen para una geometría

irregular. Este cálculo se realiza basándose en las dimensiones medidas como

se muestra en la figura. El volumen así obtenido es igual a 0.042 cm.

2. Volumen desplazado. Este cálculo se realiza sumergiendo en un recipiente

con volumen aforado, una muestra de 10 granos. Posteriormente, el volumen

desplazado por la muestra se divide entre el número de granos, obteniendo así el

volumen promedio de cada grano. Calculado así, el volumen resultante es igual a

0.038 cm3.

3. Diámetro equivalente. El volumen obtenido por el método del desplazamiento,

se iguala al voluimen de una esfera, de donde se despeja el diámetro equivalente del sólido.

El diámetro equivalente así obtenido es de: 0.417 cm.

Densidad empacada y aparente.

Las densidades empacadas y aparentes, se determinan pesando la masa de

granos que ocupan determinado volumen de referencia (probeta). Para calcular

la densidad empacada, esta masa de sólidos se divide entre el volumen de la

probeta. Para la densidad aparente, la misma masa de granos de la probeta se

divide entre el volumen de la probeta corregido por el volumen vacío entre

(21)

Laboratorio de Procesos y Riser70 I, II y 111

agua que se puede añadir a la probeta, sin rebasar el volumen ocupado por los

sólidos.

Los

resultados así obtenidos son:

Densidad empacada: 0.817 g / cm3

Densidad aparente: 1.367 g / cm3

Contenido de humedad de los sranos.

El contenido de la humedad de los granos puede reportarse en base húmeda o

en base seca. En ambos casos, la metodología experimental que se sigue es la misma y consiste en secar inicialmente una muestra de granos, previamente

pesada, introduciéndola en una estufa a 120

"C

durante

24

horas. AI cabo de

este tiempo se vuelve a pesar la muestra y entonces, se aplica cualquiera de las siguientes ecuaciones.

Base Húmeda x=-

-4

0100

e

Base Seca

Otra manera de calcular el

YO

de humedad, es por medio de una termo-balanza.

El porcentaje de humedad inicial que se registró fue de: 5 % de humedad.

1V.3 SECADO.

El secado es una operación unitaria en la que se presentan simultáneamente la

transferencia de calor y masa, y se aplica en el caso de que los granos de trigo

tengan un contenido de humedad mayor del 16% en base seca; si fuera éste el

caso, en el proceso de tratamiento del grano se tendrá que considerar esta operación.

En este proyecto el estudio relacionado con el secado de trigo se orientó a

determinar los tiempos de secado necesarios para disminuir el contenido de

humedad en

los

granos, desde un 30% en base seca, hasta un 16% base seca,

estableciendo además las mejores condiciones de operación para lograrlo.

La metodología consistió en humedecer artificialmente los granos de trigo

agregando la cantidad de agua necesaria, calculada con el balance de agua,

representado por la ecuación (0.3). Después se establecieron tiempos de reposo

necesarios para lograr que el trigo se humedeciera lo más uniformemente

(22)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, I1 y 111

Una vez que sealcanza el contenido de humedad deseado, los granos de trigo se

introducen al secador de lecho fluidizado y sé monitorea la evolución del

contenido de humedad de los granos en función del tiempo.

Del balance de materia, en base seca, se concluye que:

a) Balance de agua necesaria para humedecer 500 g de trigo al 25% es de

93.8 ml.

X

Curva de secado en lecho fluidizado

O 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 7 5 Tiempo (min)

Gráfica 9. Curva de secado de trigo utilizando lecho fluidizado a 60°C.

(experimento 3).

La Gráfica 9. Indica el tiempo necesario de secado para disminuir el porcentaje

de humedad hasta un 16%, que es de aproximadamente 30 min.

IV.4 Humidificación.

Como comúnmente el contenido de humedad del trigo cosechado es menor al

16% en base seca, por lo que es necesario humedecerlo antes de introducirlo al

molino.

El balance de agua establecido en la ecuación (0.3 ), también puede ser utilizada

para calcular la cantidad de agua necesaria para llevar el trigo del contenido de

(23)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y 111

IV.4.1 Acondicionamiento en frío.

Otro procedimiento empleado fue el sumergir el trigo en una tina con H20 en

exceso, por un espacio de tiempo adecuado, para así establecer la curva de

humidificación representada por la gráfica 2. En este procedimiento resultan muy

importantes los tiempos de reposo que se le deben dar a los granos, para así

lograr que todos se humedezcan uniformemente.

Del balance de materia en base seca se obtiene:

Cantidad de agua necesaria para humedecer 500 g de trigo al 16%: 51 ml. (por cada tonelada de trigo se utilizan 102 litros de agua).

0 Tiempo de reposo para humectar: 24 h.

I

Curva de humidificaci6n de trigo

¡ m

18 16

14

12

10

8

6 4

2

O

! O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

1

I

Tiempo (min) i

I

Gráfica 10. Curva de humidificación, 24 h de reposo.

La gráfica 10, muestra que para un tiempo de 24 h de humectación, se logra un 16% de humedad en base seca.

IV.4.2 Acondicionamiento templado.

Para evitar el retraso de 1-3 días que produce el tiempo de reposo, con el

acondicionamiento frío (para establecer el equilibrio de humedad), se puede

realizar el acondicionamiento templado del trigo durante 1-1.5 hrs. A temperatura

del agua desde 30 OC hasta 46

"C.

Se recomienda no obstante, que el trigo así

(24)

Laboratorio de Procesos Y Diseño 1. / I Y 111

El procedimiento experimental es el siguiente:

Calentar agua a 46 "C.

Sumergir el trigo en el agua a 46 "C, durante 5 minutos. Reposar 1 hora.

Si se emplea este procedimiento se alcanza el 16% humedad.

IV.4.3 Acondicionamiento caliente.

El procedimiento para el acondicionamiento caliente, es una modificación del descrito anteriormente para el templado, de modo que la temperatura del agua

se eleva a 60°C o más, pero se mantiene así en un periodo de tiempo más corto.

El acondicionamiento caliente se practica con menos frecuencia que el templado

a causa del peligro de estropear la calidad panadera del gluten por tratamiento

excesivo de calor.

Esta técnica no es factible para la humectación del trigo, ya que causa daños en la calidad del trigo.

IV.5 Lecho fluidizado horizontal y aspersión.

En un lecho fluidizado de sección transversal rectangular (0.3x0.60 m)

horizontal; se alimenta trigo, con un flujo de aire mínimo necesario para fluidizar el grano, posteriormente por medio de la aspersión se rocía agua al trigo con el fin de incrementar su humedad.

Al término de este experimento se mide la humedad que alcanza el trigo; se

encuentra un aumento de tan solo un 3% de humedad, por tal motivo

descartamos este método de humidificación, ya que se necesitan grandes

cantidades de agua y tiempos de residencias muy largos en el lecho para

alcanzar la humedad óptima.

El proceso de humidificación con lecho fluidizado fracasó debido a las

condiciones del equipo utilizado, ya que no se alcanzó el 16Y0 de humedad; se

requiere además de grandes cantidades de agua, incrementar la potencia del ventilador para obtener mayor fluidización.

De los métodos descritos anteriormente se comprobó que el método que cumple

con los requerimientos antes mencionados, es el de acondicionamiento por

inmersión, debido a que en este experimento el tiempo de humectación es muy corto comparado con los métodos realizados anteriormente.

Cabe mencionar que el método de acondicionamiento caliente también tiene

tiempos de humectación muy cortos, sin embargo se desechó debido

a

que

(25)

Laboratorio de Procesos Y DiseAo I, I1 Y 111

IV.6 Molienda.

El proceso de molienda consiste en la trituración del grano de trigo con el fin de separar el germen y el salvado del endospermo, para la producción de harinas.

Descripción de Molinos.

El molino de rodillo es la maquina que generalmente se emplea para la molienda de trigo y centeno, para convertirlos en harina de grano fino. Uno de los molinos usuales que se utilizan para este fin tiene dos pares de rodillos capaces de

efectuar dos reducciones por separado. Después de cada reducción, el producto se conduce a una maquina de cribado para separar la harina fina, en tanto que el

producto grueso se devuelve para la reducción posterior. El material de

alimentación se dosifica en la parte superior en donde un sacudidor vibratorio

lo

disemina y extiende hasta formar una capa delgada en todo lo ancho de los

rodillos.

Los rodillos se fabrican en varios tipos de corrugado. Hay dos tipos estándar que son los de mayor uso general: el sin pulir y el pulido; el primero de ellos, se utiliza primordialmente para el trigo y el centeno, en tanto que el segundo se utiliza en maíz y otros productos alimenticios. En condiciones comunes se utiliza un rodillo afilado contra otro también afilado, cuando se muele trigo muy resistente; un

rodillo romo y rápido, contra un rodillo lento y afilado, para trigo ligeramente

quebradizo y un rodillo contra otro rodillo romo para trigo muy quebradizo. La

relación de velocidad es por lo común 2 % a 1 para rodillos corrugados y 1 X

para rodillos lisos. Al examinar las marcas dejadas en los fragmentos de granos,

se llegó a la conclusión de que la acción diferencial de los rodillos llega

realmente a romper el grano y despojar el endospermo de la cáscara o cubierta.

Un molino de cuchillas rotatorias, consta de un rotor horizontal que gira de 200-

900 RPM en el interior de una cámara cilíndrica. Sobre el rotor van acopladas de

2-12 cuchillas con extremos de acero que pasan muy próximas sobre 1-7

cuchillas estacionarias. Las particulas de alimentación entran en la cámara por la

parte superior,

son

cortadas varias centenares de veces por minuto y salen a

través de un tamiz situado en el fondo con aberturas de 5-8 mm. A veces las

cuchillas móviles son paralelas a las cuchillas fijas, otras veces, dependiendo de las propiedades de la alimentación ambas cuchillas se encuentran formando un ángulo. Las cortadoras rotatorias y los granuladores tienen un diseño similar. Un

granulador produce partículas más

o menos irregulares; una cortadora puede dar

(26)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, I I y 111

Descarga

Fig. 3. Esquema representativo de un molino de cuchillas rotatorias.

Este proceso de molienda se lleva a cabo por medio de un circuito abierto, ya

que no hay necesidad de volver a moler las partículas más gruesas puesto que

este método es suficiente para el tamaño de partícula deseado, y se obtiene un buen rendimiento, además de que se pierde energía en moler partículas que ya son suficientemente finas.

IV.6.1 Molino.

Molino de cuchillas giratorias

Capacidad: 17 Kg / h

0 Potencia: 5 HP.

(27)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y I11

IV.7 Tamizado.

El tamizado consiste en la separación de partículas por tamaños, esta separación

se lleva a cabo por medio de mallas de diferentes aberturas que dependerán del grado de finura de la harina deseado.

Rendimiento: 20%

Por cada Kg de trigo se obtienen 200 g de harina refinada.

(200 Kg harina / Ton de trigo).

De la literatura, se sabe que un buen rendimiento es del 18 %, esto indica que un rendimiento del 20% es satisfactorio.

Distribución y tamaño de partícula.

Diámetro de partícula promedio (dp): 48.78 m ó 0.048 mm.

V. DISEÑO DE LA PLANTA DE HARINA DE TRIGO.

La planta estará diseñada para producir 120 ton de harinddía y la materia prima

que se requiere para esta producción es de 160 ton de trigo/día.

Esta producción esta basada en el estudio de mercado por medio del cual se

determinó que el consumo de harina en el ámbito nacional supera a la producción

de harina de trigo en el país, aún cuando se registran más de

104

molinos en

México con capacidades similares a la propuesta en esta planta y en algunos

casos son mucho mayores, un ejemplo de esto es el grupo Bimbo que cuenta con

uno de los molinos más grandes del país con una capacidad de producción que

rebasa las 500 ton de harina/día.

Por otro lado existen mas de 910 empresas dedicadas a la industria galletera las

cuales constituyen apenas el 7% del consumo nacional de harina, la industria

dedicada a la panadería tradicional constituye el 60% del consumo.

Con base en esta capacidad (120 tonldía) se realizaron los balances de materia y

energía necesarios para el diseño, dimensión y la selección de

los

equipos

(28)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, 11 y 111

I

-

-

-1

O

U

.3 m

ri

‘1,

x

a o

3

4 -

Erl

L

I

w

ó

a

d

u

W m

(29)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, I l y I l l

NOMENCLATURA:

F: Flujo de alimentación

A: Flujo de trigo semilimpio.

B: Flujo de impurezas, salida de trigo enano e impurezas.

C: Flujo de impurezas, salida de trigo quebradizo e impurezas.

D: Flujo de trigo limpio.

E: Flujo de agua que se alimenta a la alberca.

E’: Flujo de agua que se evapora en el lecho fluidizado.

G: Flujo de trigo limpio, en 6ptimas condiciones para entrar al molino.

G’: Flujo de trigo limpio, en óptimas condiciones para entrar al molino (Vía

Secado).

XB: Composición del trigo enano.

GI:

Composición de impurezas.

Xc: Composición del trigo enano.

Xcl: Composición de impurezas.

XE: Composición del agua.

&: Composición de agua.

XG,: Composición del trigo seco.

Realizando el balance de masa para el proceso global se obtienen los siguientes

resultados.

Flujo de A:

1.324

kg/s. Flujo de B: 0.058 kg/s. Flujo de

C:

0.077 kg/s. Flujo de

O:

l. 24

7 kg/s.

Flujo de E:

O.

161

6

kg/..

Flujo de E’: 0.05 kg/s (Vía Secado). Flujo de

G:

1.4

1

O1

kg/s.

(30)

I

I-:=--

"+,

I I

a

>

h

(31)

Lahorutorio de Procesos y Diseiio I, II y III

V.2 BALANCE DE ENERGIA EN CADA EQUIPO:

K2.1 BALANCE DE ENERGIA EN EL SECADOR.

Balance de Energía en el intercambiador.

Calor necesario para calentar el aire de 20-60

“C

Q,,

=

m

,

,

Cpaire AT

mre

Datos:

Donde:

Q,,, = (2.5

Kv)

S (1 007 40°C)

Qui, = 100600 = 100.6

/4

K2.2 BALANCE DE ENERGIA EN EL LECHO FLUIDIZADO (SECADOR)

a n w = m,

[%Y

+ x ~ h 3 2 0 ] A T + 5 , 2 , , 6 0 ° C ; ~ . .-%,o Evap.

= 702

Kv

S

Qmn, = Q l m r . +

Qz

+ Qparedes

(32)

Luhorutorio de Procesos y Diseño I, II y III

Q

parecles

= o

Qtotd =

7 2 0 k J / +

S

1 0 0 h k J L +

O

(33)

Luborutorio de Procesos

v

Disefio I. II

v

111

V.4 ALTERNATIVAS DE EQUIPO, DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y

POSIBILIDADES DE ADQUISICI~N.‘~

V.4.1 TORNILLO DOSIFICADOR

J La construcción es de acero, con una longitud de 6 m, y una capacidad de

alimentación de 5 kglhr.

V.4.2 TOLVA

J Construida de acero al carbón, reforzada con pintura epóxica

especialmente para granos.

V.4.3 CRIBA O ZARANDA

J La construcción es de acero al carbón con recubrimiento epóxico, en este

equipo el producto cae por gravedad separando las impurezas de mayor tamaño del grano.

V.4.4 CLASlFlCADORES A DISCOS ALVEOLADOS

CARACTER\STICAS:

J Clasifica el grano y semillas por el tamaño y forma de alveolo.

J

Los

discos son alveolados por ambas caras.

J En el sistema que ocupa menos espacio para la misma capacidad.

J Facilidad de superposición hasta tres clasificadores.

J Construcción de hierro fundido y acero con rodamientos a bolas.

V.4.5 RECOLECTORES DE POLVO “CICLON”

Se usan en la industria en general para la eficiente limpieza del aire cargado de

polvo. Consisten en cuerpos cilíndricos que tiene la entrada del aire en forma de

espiral, dentro del cual tiene un tubo central de salida del aire limpio; a

continuación tiene atornillado el cuerpo cónico, que recoge el polvo desprendido sacándolo por la parte inferior.

El modelo SCC con dispositivo para circuito cerrado, se usa para lograr una mayor

eficiencia requiriendo los ciclones en serie; en este caso el aire entra primero al

ciclón modelo SC y la salida del aire de éste, se conecta con la entrada del modelo

SCC;

éste tiene además una salida de aire marginal, que recoge el aire polvoso que circula junto a la pared del cuerpo del cilindro, el cual en la cantidad deseada,

controla por una válvula, se conduce de vuelta al tubo de entrada del primer ciclón,

(34)

La construcción es de /ámina de acero, laminada en frío, soldada eléctricamente.

VI PERSONAL NECESARIO: Ncmero, Posición, Sueldo,

Vl.1 ORGANIGRAMA DE LA PLANTA.

Consejo de administración Dirección General

Ventas y Compras

(35)

Laboratorio de Procesos v Diseño I. 11 v III

VI.2 PERSONAL NECESARIO

V1.2.1 Número, Posición y Sueldo

1

PERSONAL

1

SUELDO ($/MES)

1

Director General 131 O00

1

Gerente General

1

15 600

Contador

8 O00

Lic. en Administración

f 0 O00

1

(2) Ayudantes de ventas

1

10 400

1

(2) Secretaria Ejecutiva

1

13 O00

Secretaria

48 000

(3 ) Supervisores de planta (I.Q.)

Sueldo Mensual ($)

Personal

6 500

!

(30) Trabajadores /turno de almacén

1

I20 O00

(3) Operadores de humidificación

96 O00

(20) Obreros de empaquetado.

150 O00

(30) Personal de producción

10 500

1

(30) Cargadores de almacén.

1

105 O00

1

(4) Choferes

1

18 O00

i(30) Personal de limpieza

I

I20 O00

(2) Embarques

$ 8 344 O00

Total (MN.)

16 O00

(4) Control de calidad (1.Q)

8 400

Número de trabajadores

= 144

Sueldos/ aiio = $ 8 344 000.00 * 12

=

$ 1 O0 128 000.00

(36)

Luhorutorio de Procesos v Diseño I. II v III

VI1 EVALUACIóN ECONOMICA DEL PROYECTO

V1I.f METODOS DE COMPARACldN DE PROYECTOS

(Rentabilidad)

Valor Actual Neto (VAN).

Valor Presente Neto (VPN).Un valor equivalente del proyecto tal que éste se diera en el presente.

Tasa Interna de Retorno (TIR).

Tasa de interés (TREMA) = Tasa de Rendimiento Mínima Atractiva.

= 18%

+ 20%

(por riesgos imprevistos).

TIR

= Tasa Interna de Retorno

(rendimiento).Representa la tasa de interés que se gana sobre el saldo no recuperado de la inversión.

VPN

=

-So +

2

S*

(1

+

T R E M ) ' (1)

t=l

Donde:

O = Presente

n

= Periodo de tiempo

Vll.2 ESTlMAClÓN DE COSTOS

V11.2.11NVERS1ÓN TOTAL = Costo de capital fijo

+

capital de trabajo + capital de

inicio (arranque).

CAPITAL DE TRABAJO

=

O.

15"lnversión total

CAPITAL DE INICIO =

O.

1 *Capital fijo.

CAPITAL FIJO

=

Costos directos + costos indirectos.

COSTOS DIRECTOS = Compra de equipo y maquinaria ( en el sitio).

COSTOS INDIRECTOS = gastos de instalación + contingencias.

CONTINGENCIAS = 0.20*costos directos.

GASTOS

DE

INSTALACIóN = 0.05"costos directos

(37)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, IIy 111

COSTO DE REFACCIONES = 0.1

5

costos de mantenimiento.

= O. 15*0.04*capital

fijo.

COSTO DE MANUFACTURA = Costo directo de producción + cargos fijos +

OVHD de la planta ( Over head ).

COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCIóN = Costos de materia prima + costo por

servicio + O.O46*capital fijo + 1.35*trabajo de mano de obra + 0.03 costo total de

producción.

CARGOS FIJOS = Impuestos locales (predial)

+

seguros

+

rentas + Intereses

= 0.03*capital fijo

OVHD de planta = 0.6*( costo por sueldo + supervisión + mantenimiento)

= O.G(costo

por sueldo + 0.2 costo por sueldo mano de obra + 0.04 capital fijo)

=

= 0.72(costo por sueldo mano de obra) + 0.024capital fijo.

COSTO TOTAL DE PRODUCCIóN = Costo manufactura + gastos generales.

= 1.03(materia prima

+

servicios)

=

2.13(coStO por sueldo, mano de obra)

=

O. 103Capital fijo + 0.025lngresos por ventas

V11.2.2 EVALUACIóN DEL PROYECTO

Ingresos por ventas 759200000

=

Inversión total =

FA11

$19574707.8

producción

$.

4

A

4

v

FA12

v

v

vFA14 Costos totales de

v

v

(38)

Laboratorio de Procesos

v

Diseño I. 11 v 111

VPN

=

-759 200 O00 + 370003912

+

370003912

+

370003912

+

370003912+

(1

+

2)’

(1

+

i)’ (1

+

2>3 (1

+

214

3700039 12

Resolviendo la ecuación anterior: i

= 0.5

Se espera que en un plazo no mayor de 5 años, se recupere la inversión

realizada.

Si TIR

=

0.50

>

TREMA = 0.38 Se acepta el proyecto.

V11.2.3 POTENCIAL ECONÓMICO DEL PROCESO

P.E. = Ingresos por ventas

-

costos de materia prima.

P.E. (%) = Ingreso por ventas

-

Costo materia prima

Costo materia prima

*

100%

Si P.E.(%)

>

150% entonces el proyecto es rentable.

P.E. (%)

=

983 %

Vll1.-SEGURIDAD E HIGIENE

VIII.1 PLAGAS Y ENFERMEDADES

Son muchas las plagas que pueden afectar al trigo ( y cereales en general) tales

como los chinches, gusanos, pulgas, etc. Algunas especie del genero Aelia y otros

del genero Euryguster, que comúnmente se llaman “garrapatillo”. En un país

caluroso como el nuestro es problemático, pues el insecto “pica” el grano del trigo e inyecta degradando el gluten. Un tercio de la producción mundial es atacada por insectos durante su almacenamiento.

Vlll.2 ALMACENAMIENTO

Exige un control con una serie de parámetros muy importantes para su

mantenimiento de las buenas condiciones del grano.

Estos parámetros son la humedad, la temperatura, las bacterias,

los

hongos y los

(39)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, I l y III

Manteniendo unas condiciones de temperatura inferiores a

los

20

"C

con menos

de un 12% de humedad se controla la respiración del grano se evita el crecimiento

de hongos y de insectos.

El grano, sin embargo, al ser una materia viva, pierde peso durante tiempo de

almacenaje por efecto de su propio metabolismo.

Vlll.3 RUIDO (AREA DE CRIBADO)

El ruido se genera en las plantas de cribado por el impacto del material de

alimentación sobre la superficie de las cribas. El mecanismo motriz también

genera ruido. La plataforma de hules y

los

recubrimientos de hule, pueden reducir

en forma sustancial, el ruido del impacto de la alimentación, con el beneficio

adicional de una vida más largas de las plataformas. El ruido de

los

mecanismos

rnotrices se puede reducir al encerrar el mecanismo en una caja o mediante la

adición de material a las placas de

los

lados, para amortiguar el ruido.

Dependiendo de

los

materiales de la alimentación, el polvo generado en la

operación de cribado puede ser peligroso debido a los riesgos de explosión.

V711.4 EXPLOSION POR POLVOS

Polvos combustibles, dispersos en el aire que al quemarse explotan, debido a una combustión muy violenta. Se desencadena el efecto en serie, la explosión inicial

produce la agitación de polvos acumulados en otras secciones de la planta, generándose explosiones secundarias.

Las velocidades de reacción y de aumento de presión son menores, que las que

los líquidos y gases, pero ocasionalmente la energía generada, (impulso) es

mayor.

Vlll.5 CONDICIONES PARA LA GENERACIóN DE POLVOS EXPLOSIVOS.

J Concentración de polvos dentro del rango explosivo.

J Una fuente externa de ignición.

J La combustión ocurre en un volumen confinado.

Vlll.6 FUENTES DE IGNlClON

J

J

J J J J

Llamas abiertas. Superficies calientes. Electricidad estática. Arcos eléctricos.

Fumar.

(40)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, II y III

En una planta procesadora de trigo, los lugares donde se pueden llevar acabo una

explosión por polvos son

los

siguientes lugares:

J

J

J

Operacion de molienda: Mezclas de polvos en el interior del molino y polvo acumulado en exterior.

Operaciones con granos: Transporte, elevación, filtración y ensilado, se produce polvo que se dispersa en el aire.

Transporte Neumático: Operaciones de captación de polvos y de sustancias que se van desmenuzando.

Vlll.7

PARAMETROS

DE LOS POLVOS EXPLOSIVOS

J Tamaño: Menor que 4 micrones, (menor que

0.4

mm) J Concentración: Nivel inferior:

30

-

60 gr /m3

Nivel superior: 2

-

6 Kg /m3

J Indice de explosividad: Es una medida del tipo de la explosión. J Otros: Energía de ignición, concentración de oxigeno, humedad.

Vlll.8 INDICE DE EXPLOSIWDAD

lndice de Explosividad

Fuerte

1.0

-

10

Moderada

0.1

-

1.0

Débil

c 0.1

Tipo de Explosión

Muy fuerte

>I

o

índice de Explosividad = Sensibilidad Explosiva * Gravedad Explosiva

El índice de explosividad de la harina de trigo es:

Producto

97

50

~ 4.1

Harina de trigo

Presidn (Lb.) gr/m3

lndice Explosivo

La presencia constante de polvos constituye una atmósfera explosiva, por lo que

los

sistemas eléctricos deben cumplir las siguientes normas:

J Motores con cubiertas que eviten la entrada de polvos.

J Los aparatos de iluminación, interruptores, fusibles, etc., deben estar en

J La temperatura máxima de

los

equipos adyacentes no deben exceder de

cajas que impidan la ignición de los polvos.

(41)

Luborutorio de Procesos y Diseño I, I¡ y III

Vlll.9 PREVENCIÓN DE EXPLOSIONES DE POLVO

J Ignición: Eliminación de fuentes de ignición.

J Hemeticidad: Utilización de equipos herméticos.

J Succión Interna: de polvos y envío a colectores de polvos.

J Succión Externa: Limpieza frecuente.

J Disefio Adecuado: Superficies con ángulos > 60", para favorecer deslizamiento del polvo.

J Inertización: Reemplazo parcial de oxigeno por gases inertes, (nitrógeno o

dióxido de carbono. Disolución del polvo carbonoso con 65% de caliza).

J Supresión: Existen sistemas de supresión de la explosión, los que utilizan

sensores, que en milisegundos pueden detectar una explosión incipiente y

suprimirla.

(42)

Laboratorio de Procesos y Disefio I, N y III

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Laboratorio de Procesos y Diseiio I, II y - III

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trigo. Vol. 35 Núm. 02, febrero 2000.

(20) TREYBAL, ROBERT. E. Operaciones de Transferencia de Masa. ED.

(44)

Laboratorio de Procesos y Iliseño I, I1 y III

APÉNDICE A

Comportamiento de las curvas para la operación de secado del 25 al 16% de humedad.

C u r v a d e s e c a d o e n l e c h o f l u i d i z a d o

Grhfica Al. Curvas de secado en lecho Ruidizado.

C u r v a d e s e c a d o

O 5 1 0 15 2 0 25 30 35 4 0 4 5 50 5 5 60 6 5

Tiempo (min)

(45)

Laboratorio de Procesos v Diseso I. II v III

C u r v a d e s e c a d o e n l e c h o f l u í d i z a d o

T i e m P O ( m i n )

Grhfica A3. Curva de secado de trigo utilizando lecho fluidizado a 60°C. (experimento 3).

Se realizaron tres pruebas para determinar el tiempo de secado.

Como se puede observar en las gráficas anteriores, a un tiempo de 30 min de

secado se alcanza el 16% de humedad en base seca.

Esto se puede observar en la gráfica A3, que es

la

representativa de la operación

(46)

Luborutorio de Procesos y I>iseño I, I/ y III

APÉNDICE B

Curvas de humidificación.

Se realizaron tres pruebas a diferentes tiempos de reposo.

16 14

12

10 8

6 4

2

O

Curva de humidificación,

3 hr. de reposo

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tiempo (min.)

Gráfica B l . Curva de humidificación de trigo, 3 h De reposo.

Curva

de

humidificación

24

hr.

de

reposo

O

20

40

60

80

l o o

120

1 4 0

1 6 0

Tinpo

(mín.)

(47)

Laboratorio de Procesos y Diseño I, IIy 111

18 16 14 12 10

8

6

4

2

O

Curva de humidificacidn de trigo

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Tiempo (min)

Gráfica 83. Curva de humidificación, 24 h de reposo.

Las gráficas anteriores muestran, que es necesario un periodo de reposo de 24 hr

Figure

Fig.  l.  Corte  transversal  del  grano.
Fig. 2. Corte longitudinal  del  grano.
Fig. 3. Esquema  representativo  de  un molino de cuchillas rotatorias.
Tabla  C1.  Calculos la distribuci6n  del tamaAo de  partícula  para  harina  de  trigo
+3

Referencias

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