CAPITULO_I__REDUCCION_DE_T.A.M.A.NO.pptx

TAMAÑO

1. Tema: Reducción de Tamaño E.P . de Ingeniería en Industrias Alimentarias Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga domingo, 14 de Julio de 2024 Alberto L. HUAMANI H.

2. domingo, 14 de Julio de 2024 Reducción de tamaño de partículas Operación unitaria complementaria Partículas Cortar o romper Partículas mas pequeñas Compresión Abrasión Corte Impacto Equipos de reducción de tamaño Según los mecanismos de corte Molinos Trituradores Molinos ultrafinos Equipos de corte Equipos homogeneizadoras Cumplir con las especificaciones u objetivos I. REDUCCIÓN DE TAMAÑO DE SOLIDOS

3. domingo, 14 de Julio de 2024 En alimentos sólidos En alimentos líquidos

4. Es una operación unitaria complementaria, sólo de transformación física de la materia. 1.1 Definición Es la operación unitaria en la que el tamaño medio de los alimentos sólidos es reducido por la aplicación de fuerzas de impacto, compresión, cizalla (abrasión) y/o cortado . (1) (2) domingo, 14 de Julio de 2024

5. domingo, 14 de Julio de 2024 En la industria alimentaria, las materias primas y los productos intermedios deben someterse a menudo a operaciones de reducción de tamaño, como cortar, picar, triturar, moler, etc. En el caso de los líquidos y semisólidos, las operaciones de reducción de tamaño incluyen la trituración, la atomización, la homogeneización, etc . La formación de espuma también puede considerarse una operación de reducción de tamaño, ya que se basa en la desintegración de grandes burbujas de gas en otras más pequeñas .

6. domingo, 14 de Julio de 2024 Molienda de granos de cereales para obtener harina Molienda húmeda de maíz en la fabricación de almidón, Molienda húmeda de soja en agua, en la fabricación de leche de soja, Molienda fina (refinado) de masa de chocolate, Descascarillado de soja antes de la extracción con disolventes, Corte de verduras y frutas a las formas deseadas (cubos, tiras, rodajas, etc.), Trituración fina de alimentos infantiles, Homogeneización de leche y nata, Espumado en la producción de helados, rebozados, bebidas a base de café, etc., y Emulsificación . A continuación se enumeran algunas aplicaciones importantes de la reducción de tamaño en la industria alimentaria: 1.2 Reducción de tamaño en la industria alimentaria

7. domingo, 14 de Julio de 2024 La reducción de tamaño es una operación generalizada y polivalente. Puede servir para diferentes objetivos , como: Aceleración de la transferencia de calor y masa (copos de soja o café molido en la preparación para la extracción, atomización de la leche como una fina pulverización en aire caliente en el secado por atomización). Intensificar el sabor y el aroma, mejorando así la calidad (Chen et al., en prensa; Karam et al., 2016). Facilitar la separación de diferentes partes de un material (molienda de trigo para obtener harina y salvado por separado, fileteado de pescado). Obtener una textura deseable del producto (refinado de masa de chocolate, triturado de carne). Facilitar la mezcla y la dispersión (molienda o trituración de ingredientes para mezclarlos en seco, homogeneización de líquidos para obtener emulsiones estables). Control de porciones (corte de embutidos, pan, pasteles). Obtención de trozos y partículas de formas definidas (cortar carne en dados para un guiso, cortar piña para obtener las conocidas rodajas en forma de rueda, cortar masa para hacer galletas). Además, la reducción del tamaño de los alimentos en el momento del consumo (masticación) tiene un efecto decisivo en la percepción de la calidad de los alimentos (Jalabert- Malboset al., 2007). 1.3 Objetivos de reducción de tamaño

8. Fuerza de compresión (ejemplos) Molino de rodillos Homogenizado de leche Obtención de pulpa de fruta domingo, 14 de Julio de 2024 1.4 Tipo de fuerzas

9. Fuerza de impacto (ejemplos) Molino de bolas Molino de martillos domingo, 14 de Julio de 2024

10. Fuerza de frotamiento o cizalla (abrasión) Molino de disco domingo, 14 de Julio de 2024

11. Fuerza de corte domingo, 14 de Julio de 2024

12. domingo, 14 de Julio de 2024

13.   1.5 Factores de reducción Dureza de los alimentos Estructura mecánica de los productos Humedad Sensibilidad a la temperatura del producto 1.4 Relación de reducción domingo, 14 de Julio de 2024 P G CHOs

14. domingo, 14 de Julio de 2024 Operaciones de reducción de tamaño Corte >1 mm Rotura >1,5 mm Trituración 1,5–8 mm Trituración fina 0,5–5 mm Molienda 50–750 μm Molienda fino, <50 μm coloidal Operación tamaño de producto

15. M.Sc. Ing. ALHH 15 1.5 Equipos para la reducción de tamaño Está compuesto por dos rodillos, situados uno al lado del otro, que actúan triturando por compresión . Velocidad de giro ≅ 0,2 m/s Tamaño de partícula ≅ 100 μm Molino de Rodillo domingo, 14 de Julio de 2024

16. M.Sc. Ing. ALHH 16 Molino de martillo Con este dispositivo se efectúa una pulverización a alta velocidad (3.000-7.000 rpm.), Se obtiene partículas uniformes de, aproximadamente, 50-100 micrómetros. domingo, 14 de Julio de 2024

17. Molino mecánico de pernos o de agujas Constituido por dos platos o discos con salientes ordenadamente dispuestos en líneas circulares; los discos se disponen uno frente al otro, de forma que los salientes se disponen en alternancia sin chocar unos con otros Velocidad de 15000 rpm Tamaño final de 50 micrómetros. para pulverizar sustancias termolábiles , no es apto para sólidos demasiado duros domingo, 14 de Julio de 2024

18. Molino de cuchillas y Molino de corte Constituido uno o diversos platos o discos de cuchillas montados sobre un eje central que gira a 3000-5000 rpm dentro de un tambor cilíndrico que soporta los elementos estáticos (cuchillas) que producen el efecto cizalla (corte). Es muy eficaz para materiales plásticos y poco friables. domingo, 14 de Julio de 2024

19. Molino de discos o de platos Debido a la disposición progresiva de los dientes de los discos de molturación, se realiza primero una trituración previa del material en el centro de los discos, y luego una fina en el área perimetral. Gracias a su forma especial, los discos pueden triturar también muestras muy duras. La trituración es progresiva domingo, 14 de Julio de 2024

20. Molino de discos o de platos Consta de dos platos, uno giratorio (rotor)y el otro estático ( estátor ). Material de corindóno , efecto abrasivo, de fricción y cizalladura sobre el producto a pulverizar. La velocidad de giro del molino es lenta (30 rpm) y las partículas que se obtienen son de tamaño grueso (>100 μm ) y poco homogéneas. domingo, 14 de Julio de 2024

21. Molino de bolas consigue pulverizar sólidos de manera homogénea y uniforme hasta un tamaño de partícula de 10-50 micrómetros . Está compuesto por un cilindro hueco de tamaño variable en cuyo interior se sitúan gran cantidad de bolas de tamaño y material adecuados al material a pulverizar. Al girar el cilindro, las bolas se desplazan hasta llegar un momento en que caen sobre las demás y sobre el producto, pulverizándolo por percusión y fricción. domingo, 14 de Julio de 2024

22. Molino coloidal Está constituido por dos piezas (normalmente de corindón o acero de superficie lisa o estriada) que encajan perfectamente una sobre otra teniendo la que queda en la parte inferior movimiento giratorio (rotor) y quedando estática la otra (estátor). La velocidad de giro 4.000 a 30.000 rpm., tamaños de partícula de 1 a 10 μm , según interese. La homogeneidad de tamaño muy buena domingo, 14 de Julio de 2024

23. Molino neumático o micronizador La pulverización en los micronizadores se logra por impacto de las partículas entre sí y contra las paredes del aparato impulsadas por un chorro de aire a alta presión Es el producto el que golpea, sin elementos mecánicos que lo golpee. El propio chorro de aire actúa como refrigerante para la micronización de sólidos termolábiles. El aire entra en el molino con una velocidad aproximada de 400 m/s; domingo, 14 de Julio de 2024

24. domingo, 14 de Julio de 2024

25. domingo, 14 de Julio de 2024 En las operaciones de procesos mecánicos, los materiales alimentarios se pueden dividir en duros y blandos o fuertes y débiles . Los rangos aproximados de estas propiedades se ilustran en un diagrama de deformación cortante (Figura 7.3). En este diagrama, la línea (1) representa materiales blandos, débiles y quebradizos; la línea (2) es para blando, débil y dúctil; la línea (3) es para duro, fuerte y dúctil; y la línea (4) es para duro, fuerte y quebradizo.

26. 1.6 ENERGÍA Y POTENCIA Esta teorías parten de las suposiciones básicas de que la energía necesaria para producir un cambio dL en una partícula de dimensión L es una potencia de n: (1) domingo, 14 de Julio de 2024

27. 1.6.1 Ley de Rittinger (1867) siendo n=2 , aplicado a molienda fina , con lo cual:   D0 : tamaño medio inicial del producto de partida D1 : Tamaño medio final del producto Por integración E : Energía por unidad de masa necesaria para producir esta nueva superficie CV-hora/Ton. K : constante de Rittnger (para cada producto y equipo) domingo, 14 de Julio de 2024      

28. M.Sc. Ing. ALHH 28 1.6.2 Ley de Bond (1952) Consideró que n= 3/2, se considera para moliendas groseras , intermedias y finas, con lo que:   K’’=1.46 Ei K’’ es índice de trabajo de Bond, es decir, la energía necesaria para reducir la unidad de masa de la sustancia desde un tamaño de partícula infinito hasta un tamaño tal que el 80% pase por el tamiz de 100 micrómetros domingo, 14 de Julio de 2024 E  

29. domingo, 14 de Julio de 2024

30. 1.6.3 Ley de Kick (1885) La energía necesaria es proporcional a la relación de reducción de tamaño, para lo cual es necesario que n= 1 , con lo que: : Relación de reducción de tamaño   Por integración     domingo, 14 de Julio de 2024    

31. domingo, 14 de Julio de 2024 Estabilidad de emulsiones II. REDUCCIÓN DE TAMAÑO EN LÍQUIDOS O SEMILÍQUIDOS(HOMOGENIZACIÓN) Que hacer para tener estabilidad de una emulsión? R educción de la diferencia de densidad entre las fases , R educción del tamaño de las gotas ; y A umentar la viscosidad de la fase continua.

32. domingo, 14 de Julio de 2024 En la etapa inicial , antes de la formación de la emulsión, el sistema se encuentra en el estado de menor energía libre (i), es decir, representado por la Ecuación: 2.1 ENERGÍA DE HOMOGENIZACIÓN   donde , y son los valores de la energía de Gibbs de las fases aceite (O), agua (w) e interfaz aceite-agua (I) , respectivamente; T es la temperatura absoluta y es la entropía de las gotas en el sistema.   2.1.1 Energía de Gibbs en la etapa inicial (Estabilidad termodinámica)

33. domingo, 14 de Julio de 2024 Después de la homogeneización, la energía del sistema (f) se puede describir como:   La diferencia en la energía de Gibbs de formación entre los estados inicial y final.       2.1.2 Energía de Gibbs en la etapa final (después de la homogenización)  

34. domingo, 14 de Julio de 2024     Energía para formar una emulsión debe ser suficiente para deformar y romper las gotas , por lo tanto, siempre debe ser mayor que el gradiente de presión , que se produce debido al gradiente de alta velocidad (esfuerzo cortante), o debido a la presión La energía mínima necesaria para la formación de una emulsión y se expresa en función del volumen de la fase dispersa o considerando la superficie específica total de las gotas. La diferencia en la energía de formación de Gibbs en la interfaz entre los estados inicial y final , se puede calcular a partir de la tensión interfacial ( σ I ) multiplicada por el aumento en el área de contacto entre las fases de aceite y agua ( ):   A = área de contacto agua-aceite

35. domingo, 14 de Julio de 2024 donde ΔP L es la presión de Laplace , en este caso la diferencia entre la presión interna y la presión externa en la superficie de la gota [ Pa ], σ I es la tensión interfacial [N. m −1 ] y R es el radio de la gota [m]. Para una gota esférica con radio de curvatura R   Presión de Laplace (ΔPL): El gradiente de presión viene dado por la ecuación de Laplace, en función del radio de las gotas del lípido :   2.1.3 Gradiente de presión en homogenización

36. domingo, 14 de Julio de 2024 La mayoría de las emulsiones alimentarias O/W, como la leche, tienen gotas con un diámetro de aproximadamente 1 μm y una tensión interfacial de 10 mN ꞏ m−1. En estas condiciones, calcule la presión y el gradiente de presión de Laplace . Ejercicio Solución Considerando R = 0,5 × 10−6 m y σI = 10 × 10−3 N ꞏ m−1, la presión de Laplace se puede calcular a partir de la Ecuación: El gradiente de presión de Laplace se puede calcular mediante la ecuación Respuesta : Por lo tanto, se concluye que se debe aplicar un gradiente de presión superior a 8 × 104 MPa ꞏ m−1 para la formación de emulsiones que contengan gotas de 1 μ m de diámetro.

37. domingo, 14 de Julio de 2024 2.1.4 Cálculo de la eficiencia energética   La eficiencia energética de un proceso de homogeneización ( ηe ) se puede calcular como la relación entre la energía mínima necesaria para aumentar el área interfacial entre las fases (EV) y la cantidad de energía mecánica generada en el proceso (Em): donde E V es la energía mínima requerida por unidad de volumen [J ꞏ m−3], obtenida de la Ecuación, Em es la energía mecánica generada [J ꞏ kg−1] y es la densidad promedio de la gota [kg ꞏ m −3 ].  

38. domingo, 14 de Julio de 2024 Ejercicio 2 Las gotas de aceite con un radio de 1 μ m están presentes en el agua, con una fracción de volumen de aceite Φ = 0,1 y una tensión interfacial σI = 0,01 N ꞏ m−1. Determine: (i) el área superficial específica por unidad de volumen (relación área a volumen) y ( ii ) la energía requerida para formar una emulsión. Solución i) Para el cálculo de la superficie específica por unidad de volumen ( aS ) de las gotas de aceite, utilizaremos las relaciones de área y volumen referidas a una esfera . Primero, calculemos la superficie total:    

39. domingo, 14 de Julio de 2024 Como la A ST se calcula en relación al volumen total de la muestra, se debe multiplicar por la fracción volumétrica Φ de las gotas de aceite para calcular la superficie por unidad de volumen de las gotas en fase dispersa: Superficie por unidad de volumen de las gotas ( A ST)   =  

40. domingo, 14 de Julio de 2024 Energía mínima requerida por unidad de volumen para la formación de la emulsión La energía mínima requerida por unidad de volumen para la formación de la emulsión se puede calcular mediante la Ecuación, considerando el a S final de la gota, ya que no es posible determinar el área de las gotas antes del proceso de homogeneización (no hay emulsión):       Respuesta: En la práctica, se requiere una cantidad de energía de alrededor de 3 kJ ꞏ m−3 para producir la emulsión, lo que dará como resultado una eficiencia de homogeneización de alrededor del 0,1 %.

41. domingo, 14 de Julio de 2024 Diámetro máximo de las gotas

42. domingo, 14 de Julio de 2024

43. domingo, 14 de Julio de 2024 ¿Qué velocidad de corte se requiere para producir una emulsión de aceite en agua con gotitas de 1 μm de diámetro como máximo usando un flujo laminar puramente alargado? Suponga que la tensión interfacial es 0.01 N ꞏm−1. Solución Para calcular la tasa de corte, usaremos la ecuación presentada en la Tabla para flujo laminar. Para ello, primero debemos calcular el número crítico de Weber ( NWeCr ), que se puede obtener de la figura. Considerando μc = 10−3 Pa ꞏ s (agua) y μ = 0,05 Pa ꞏ s (aceite), la relación μ/ μc es igual a 50, lo que representa un NWeCr ≈ 0,1 (para E1 = 1) .Sustituyendo los valores en la ecuación presentada en la Tabla 8.4, obtenemos: μ