fortalecimiento de la agroindustria regional estudio … · 2015-07-10 · rendimiento del cultivo,...

VIII CAIQ 2015 y 3ras. JASP

AAIQ Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ

FORTALECIMIENTO DE LA AGROINDUSTRIA REGIONAL

Estudio de alternativas tecnológicas, de bajo costo comparativo, para

optimizar el proceso de limpieza de alpiste (Phalaris canariensis L.)

M. V. Striebeck, S. M. Nolasco, I. C. Riccobene*

Núcleo de investigación TECSE, Departamento de Ingeniería Química

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Centro de la Pcia. de Buenos Aires

Av. del Valle 5737 – B7400JWI-Olavarría, Buenos Aires, Argentina

E-mail: [email protected]

Resumen. El alpiste (Phalaris canariensis L.) es un cereal que concentra su

producción nacional en la Provincia de Buenos Aires (98%), se cultiva

principalmente para la alimentación de pájaros domésticos. El alpiste es

susceptible a una amplia gama de herbicidas lo que dificulta el control

eficiente de malezas como el trigollo (Lolium temulentum L.) lo cual

deprecia su valor comercial. Los procesos de limpieza habituales resultan

ineficientes para eliminar estas impurezas post cosecha, existen equipos de

patente extranjera, por selección colorimétrica de materiales, que

optimizaría la limpieza pero con un costo no amortizable en el mediano

plazo por los productores regionales. El aporte que pueda realizarse a esta

problemática concreta, posibilitará a las PYMEs agropecuarias regionales

repensar este cultivo con miras a incrementar su participación competitiva

en los mercados mundiales. El objetivo del trabajo fue desarrollar y

proponer alternativas tecnológicas, de bajo costo comparativo, para

incrementar la eficiencia y optimizar el proceso de limpieza de alpiste. Del

análisis efectuado hasta el momento y de la evaluación económica del

proceso surge que resulta conveniente la instalación de un tamiz centrífugo,

luego de efectuar el estudio de distribución de tamaño para ajustar la malla,

debido a la heterogeneidad de tamaños en ambos granos.

* A quien debe enviarse toda la correspondencia


AAIQ, Asociación Argentina de Ingenieros Químicos - CSPQ

1. Introducción General

El alpiste (Phalaris canariesis L.) es un cereal menor (Cogliatti, 2012) que se cultiva

en la provincia de Buenos Aires, principalmente para la alimentación de pájaros

domésticos. Actualmente, se reconoce su potencial para la alimentación humana (en

variedades específicas) ya que sus granos presentan una composición única y son libres

de gluten, situación ésta que lo potenciaría como un grano apto para ser consumido por

celíacos luego de efectuados los estudios in vitro (fenómenos observados en el

laboratorio a partir de productos biológicos vivos).

El alpiste es susceptible a una amplia gama de herbicidas, lo que dificulta el control

eficiente de las malezas (Cogliatti et al., 2011). Una de las más importantes es el trigollo

(Lolium temulentum L.), gramínea anual para la cual no se dispone de herbicida

selectivo. Los granos de trigollo son particularmente difíciles de separar de los del

alpiste por los procesos habituales de limpieza, ocasionando disminuciones en el

rendimiento del cultivo, en la calidad comercial del grano y en lotes de granos

destinados a semillas; hecho que reviste especial importancia, dado que al sembrar

alpiste conjuntamente se siembra trigollo, propagando la maleza.

La Norma de Calidad de Comercialización de alpiste acepta, como tolerancia de

recibo, hasta 4% de cuerpos extraños similares al alpiste (trigollo, lino, sorgo de Alepo);

pero dado que los procesos de limpieza habituales resultan ineficientes para eliminar

dichas impurezas, el producto se ve depreciado y se dificulta el acceso a la exportación,

donde las exigencias de calidad son mayores para evitar la propagación de malezas

entre países (Wende, 2012).

Es un desafío incrementar la eficiencia y optimizar el proceso de limpieza de alpiste,

pensando en equipamiento de bajo costo comparativo, para obtener granos de alpiste

libres de malezas.

Caracterizar los granos de alpiste y sus principales malezas, puede permitir

determinar propiedades que las diferencien (dimensiones axiales, peso de los granos,

contenido de humedad, densidad verdadera, densidad aparente, porosidad del lecho,

ángulo de fricción) y a partir de las diferencias detectas evaluar el diseño de un sistema

que permita separarlas.



Algunos de los sistemas que se prevé podrían resultar de utilidad si se encontraran

diferencias significativas en alguna de sus propiedades, podrían ser la colocación de

tamices, la utilización de una batería de ciclones o la instalación de un lecho fluidizado.

1.1. Importancia de la Caracterización de las Muestras

La determinación de las propiedades físicas se requiere para un diseño adecuado de

los equipos y un correcto manejo del material, por ej., si se gestiona una rotación de

primera entrada primera salida de las existencias de almacenamiento, podrían evitarse

riesgos de efectos negativos e incidentes como la degradación del material (por

fermentación, reacciones biológicas), el calentamiento espontáneo, los peligros para la

salud y las explosiones (Wu et al. 2011). Sin embargo, para manejar y optimizar sólidos

a granel, con respecto a la fluidez y al diseño de equipos (silos, alimentadores y

dispositivos para promover el flujo), es necesario conocer las propiedades friccionales

(Schulze 2006). Las dimensiones de las partículas y las propiedades geométricas que

derivan de ellas dan una idea de cuán cohesivo o fluido es el material. Estos valores

constituyen parámetros para el diseño de los equipos de transporte y almacenamiento.

Encontrar diferencias de tamaño entre las partículas permitirá analizar la posibilidad

de utilizar tamices para efectuar la separación. El tamizado es un método físico de

separación, consiste en hacer pasar una mezcla de partículas sólidas de diferentes

tamaños por un tamiz, las partículas de menor tamaño pasan y las grandes quedan

retenidas por el mismo. Diversos son los equipos para producir el tamizado, pero en

general, puede estar formado por barras fijas o en movimiento, por placas metálicas

perforadas, o por tejidos de hilos metálicos, con el fin de obtener dos o más fracciones

formada por partículas de tamaño mas uniforme que la mezcla original. Existen una

gran variedad de tamices para distintas finalidades; en la mayoría las partículas pasan a

través del tamiz por medio de un cepillo o mediante una fuerza centrífuga las partículas

más gruesas pasan con facilidad a través de las aberturas grandes en una superficie

estacionaria, pero las más finas precisan de alguna forma de agitación, tales como

vibración metálica o eléctrica. Uno de los tamices más difundidos en la actualidad son

los centrífugos, dada su alta capacidad, flexibilidad, son compactos y económicos, se

alimentan por gravedad y están concebidos para trabajar en línea con otros sistemas.



1.2. Introducción a la Teoría de Ciclones

Los ciclones son equipos mecánicos estacionarios, ampliamente utilizados en la

industria, que permiten la separación de partículas de un sólido o de un líquido que se

encuentran suspendidos en un gas portador, mediante la fuerza centrífuga. Son equipos

muy sencillos, que al no poseer partes móviles son de fácil mantenimiento. Tienen la

desventaja de ser poco versátiles, ya que no se adaptan a cambios de las condiciones de

operación, por lo cual son poco flexibles a los cambios de concentración de polvos,

caudal de gas y distribución de tamaños de partículas.

El ciclón consiste en un cilindro vertical con un fondo cónico, una entrada tangencial

cerca de la parte superior y una salida para el polvo situada en el fondo del cono. El aire

entra cargado de sólido recorre un camino en espiral alrededor y hacia abajo del cuerpo

cilíndrico del ciclón (Figura 1).

Descripción de las dimensiones

a: altura de la entrada de gas

b: ancho de la entrada de gas

S: longitud del tubo de salida

De: diámetro del tubo de salida

h: altura del cuerpo cilíndrico

H: altura total del ciclón

B: diámetro de salida para las

partículas sólidas

Fig. 1. Ciclón típico con entrada de gas tangencial

La entrada de la mezcla le imparte un movimiento giratorio y el remolino que se

desarrolla produce una fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga tiende a desplazar

radialmente las partículas hacia la pared, de forma que aquellas que alcanzan la pared se

deslizan hacia abajo dentro del cono y se recogen.



Cuando el aire se aproxima al fondo cónico, vuelve a subir formando un espiral más

pequeño en la parte central del cilindro, se forma entonces un vórtice doble. La fuerza

centrífuga que se desarrolla va desde unas 5 a 2500 veces la fuerza de gravedad en

distintos tipos de unidades. Los ciclones, salvo algunas excepciones, son usados para

separar partículas en el rango 5-200 μm.

Los parámetros claves de un ciclón son su eficiencia y su pérdida de carga; estos

parámetros son gobernados por sus dimensiones, es decir el diámetro del ciclón y

longitudes de los canales de flujo. El diámetro del ciclón influencia fuertemente la

eficiencia de colección. Los ciclones de diámetro pequeño (20 cm a 60 cm) proveen una

muy buena eficiencia de colección.

El principio de funcionamiento a analizar implica ingresar la muestra con una

corriente de aire a determinada velocidad (Vc) esperando una separación estratificada

del trigollo, del alpiste y el resto (partículas dañadas, quebradas, otras) de acuerdo a las

características de las mismas.

Se evaluará matemáticamente el comportamiento del ciclón, siguiendo los modelos

propuestos por Gutiérrez-Torres et al. (2006), dichos modelos corresponden uno para la

eficiencia (η) y otro para el diámetro de corte (D50).

KbDc

VcDpNDp

p

9

)(2)^()(

(1)

)(2)^(

5.450

pN

KbDcD

(2)

a

hHN

2

(3)

Referencias

N: número de vueltas completas que da el gas en el ciclón

Ψ: factor de proporcionalidad propio de la geometría de la partícula (Ψ=Deq/Dp) Dp: diámetro de la partícula (mayor longitud de la misma ante la irregularidad) Ρp: densidad de la partícula y Ρ: densidad del gas µ: viscosidad dinámica del gas Dc: diámetro del ciclón (Figura 1) H y h: valores típicos de la geometría del ciclón (Figura 1) Kb: constante para valores estandarizados de ciclones (Tabla 1)



Tabla 1. Correlaciones para la determinación del número de vueltas citadas por

Gutiérrez-Torres et al. (2006)

Swift (1969)

Ka=a/Dc

0.44

Kb=b/Dc

0.21

S/Dc

0.5

De/Dc

0.4

h/Dc

1.4

H/Dc

3.9

B/Dc

0.4

Stairmand (1951)

Ka=a/Dc

0.5

Kb=b/Dc

0.2

S/Dc

0.5

De/Dc

0.5

h/Dc

1.5

H/Dc

4

B/Dc

0.375

Estos equipos tienen ventajas y desventajas. Las ventajas en el uso de ciclones son el

bajo costo de inversión y de mantenimiento (no tiene partes móviles), permite la

separación en condiciones drásticas de temperatura y presión, posee caída de presión

constante, puede ser construido de variados materiales (cerámica, aleaciones, aceros,

hierro fundido, aluminio, plásticos) y puede separar tanto partículas sólidas como

líquidas, a veces ambas a la vez, dependiendo del diseño propio del ciclón. Sus

desventajas son la baja eficiencia para partículas de tamaño menor que el diámetro de

corte cuando operan en condiciones de bajas cargas de sólido, usualmente tiene una

caída de presión mayor que otros tipos de separadores y está sujeto a erosión o

ensuciamiento si los sólidos procesados son abrasivos.

1.3. Introducción a la Teoría de Lecho Fluidizado

La fluidización ocurre cuando pequeñas partículas sólidas son suspendidas por una

corriente de un fluido que se dirige de abajo hacia arriba venciendo el peso de las

mismas. La velocidad del fluido debe ser lo suficientemente alta como para suspender

las partículas, pero a la vez no tan elevada como para expulsar las partículas fuera del

recipiente. Las partículas sólidas rotan en el lecho rápidamente, creándose un excelente

mezclado. El material que se fluidiza es casi siempre un sólido y el medio que fluidiza

puede ser tanto líquido como gas. Las características y comportamiento de los lechos

fluidizados dependen fuertemente de las propiedades del sólido y del fluido.



La capacidad para fluidizar de las partículas y las condiciones de operación que lo

permiten, varían mucho de un sistema a otro y están influidas por múltiples factores

(Barreira Moreno, 2007). Los factores de más peso son el tamaño de los sólidos y su

distribución, y la relación de densidades entre el fluido y las partículas.

Existen otros factores que pueden afectar a la calidad de fluidización, como son la

geometría del lecho, los dispositivos de alimentación de gas, el tipo de partícula

utilizada o el hecho de los que sólidos puedan fluir libremente o tiendan a aglomerarse.

La velocidad de mínima fluidización (Umf) es la velocidad superficial del gas a la

que el lecho comienza a fluidizar. Experimentalmente, se ha comprobado que esta

velocidad es dependiente del tamaño (Dp) y la densidad de las partículas del lecho (ρp),

de las propiedades del gas fluidizante y de las condiciones de presión y temperatura en

las que se lleva a cabo el proceso. La velocidad de mínima fluidización define el paso

del estado de lecho fijo al de lecho fluidizado. Es posible obtener una expresión para su

cálculo (4) igualando la expresión de pérdida de carga en el lecho fijo, particularizada

para las condiciones de mínima fluidización, con la expresión de pérdida de carga en el

lecho fluidizado. La expresión (4) se puede escribir en función del número adimensional

de Reynolds (Re, ecuación 5), que evalúa el movimiento entre el fluido y la partícula en

función de la velocidad de éste, y el número adimensional de Arquímedes (Ar, ecuación

6), que valora la interacción fluido-partícula en función de sus densidades.

Dp

U

Dp

Ug

mf

mfmf

mf

mfgmfpmf

3^

2^)1(75.1

2^^3

2)^1(150))(1(

(4)

mfmf

DpURe (5)

2^

)(3^

gpDpAr

(6)

Referencias

εmf: porosidad mínima de fluidización

ρp y ρ: densidad de la partícula y del fluido (g/cc)

µ: viscosidad del gas (cp)

Dp: diámetro de la partícula (inversa de la sumatoria de las fracciones/diámetros, cm)

g:gravedad (cm/s2)

Umf: velocidad mínima de fluidización



Tal lo establecido en la revisión bibliográfica realizada por Palacio Betancour

(2005), sobre la base del Método de Wen y Yu, Kunii y Levenspiel (1969 y 1991)

obtuvieron correlaciones para determinar Umf, tales como la expresión de Chitester,

Tannous, Barbosa y finalmente, luego de múltiples estudios Geldart (1986) también

estableció una ecuación empírica para calcular Umf (Ecuación 7).

37,3)2/1()^0408,07,1137( ArDp

Umf

(7)

La velocidad terminal de las partículas (Ut) es aquella para la cual las partículas se

alejan de la pared y su velocidad aumenta hasta que ésta se vuelve estable, depende de

un coeficiente de arrastre CD el cual es función del número de Reynolds (Re).

Ecuaciones empíricas han sido desarrolladas para el cálculo de Ut, dependiendo de los

valores que tome el Re.

Las ventajas de utilizar un lecho fluidizado pueden sintetizarse en la semejanza

global del lecho a un líquido lo cual facilita las operaciones con el sólido trabajando en

continuo, a la isotermidad (temperatura uniforme y controlable), a la relativamente baja

pérdida de carga a través del lecho y a la uniformidad de la mezcla debido al alto

movimiento de las partículas.

En cualquier caso (ciclón o lecho fluidizado), el diseño contemplará, además de la

separación, el aumento de los granos quebrados y descascarados si los hubiera, dado

que es un factor que deprecia la calidad comercial de los granos de alpiste.

2. Objetivos

El objetivo del trabajo fue desarrollar y proponer alternativas tecnológicas, de bajo

costo comparativo, para incrementar la eficiencia y optimizar el proceso de limpieza de

alpiste. Para ello, se propuso el estudio del sistema de limpieza de alpiste instalado en la

empresa Molino Olavarría S.A. (Olavarría, provincia de Buenos Aires, Argentina) a fin

de efectuar un aporte a la optimización del mismo.

Las acciones específicas a que se realizaron son:

- Caracterización de la muestra de alpiste y evaluación de las semillas contaminantes



- Determinación de las propiedades físicas y de transporte

- Desarrollo de aplicaciones tecnológicas que permitan incrementar la eficiencia de

los sistemas instalados y optimizar el proceso de limpieza del alpiste de manera de

cumplir satisfactoriamente con la normativa internacional.

3. Materiales y métodos

Se utilizaron muestras de alpistes provistas por la empresa Molinas Olavarría S.A,

obtenidas luego de ser sometidas al sistema de limpieza instalado en la planta industrial.

Dicho sistema consisten en el pasaje del producto de la cosecha por una zaranda que

elimina palos, basura, metales, etc. El producido de la zaranda ingresa a una limpiadora

de disco que genera un producto apto para la comercialización (s/estándares).

Se caracterizó la muestra de alpiste obtenida al finalizar el proceso de limpieza, de

acuerdo a la norma de calidad de comercialización de alpiste. Veinticinco (25) gramos

de alpiste se separaron manualmente para determinar granos de alpiste sanos, granos

dañados, rotos y descascarados, granos extraños y granos similares al alpiste (trigollo).

Se determinaron las dimensiones axiales (longitud (L), ancho (W) y espesor (T)) de

muestras de diez (10) semillas seleccionadas al azar, utilizando un micrómetro de

exteriores de resolución 0,001 mm (DP-1HS, Digimatic, Mini-Processor, Mitutoyo,

Japón).

Las propiedades geométricas determinadas fueron el diámetro equivalente (De), la

esfericidad (φ) y el área superficial de las semillas (S) de trigollo y alpiste, por analogía

con una esfera, a partir de las ecuaciones (8), (9) y (10), respectivamente (Gupta y Das,

1997; Perez et al., 2007).

)3/1(]^[LWTDe (8)

L

De

(9)

2)^(DeS (10)



Se determinó el contenido de humedad de muestras de alpiste limpio, de trigollo y

del alpiste proveniente de la última etapa de limpieza de la empresa, por secado en

estufa a 105°C, en cápsula de aluminio, hasta peso constante, siguiendo las etapas

indicadas por Villareal-La Torre et al., 2011.

Se determinó el peso de mil (1000) granos de alpiste y de mil (1000) granos de

trigollo. La determinación se efectúo a partir de muestras al azar de cien (100) semillas

de cada uno.

La densidad verdadera (ρt) se define como la relación de la masa de la muestra con

su verdadero volumen, utilizando picnometría. Para la determinación se utilizó xileno

como líquido a desplazar y se seleccionaron veinte (20) granos al azar de alpiste limpio

y de trigollo. La densidad aparente (ρb) considera la relación entre la masa de una

muestra de granos y su volumen total. Para ello se utilizó una balanza de peso hectolitro

normalizada de noventa (90) mililitros y muestras de alpiste limpio, trigollo y del alpiste

proveniente de la última etapa de limpieza de la empresa Molinos Olavarría S.A. (Singh

and Goswami, 1996).

La porosidad del lecho (ε) se define como la fracción de espacio en la semilla a

granel que no es ocupada por los granos y se calculó como el cociente entre la densidad

aparente y la verdadera, con la expresión (11) (de Figuereido et al., 2011).

)1(t

b

(11)

El ángulo de fricción estático (α) se midió sobre dos materiales (aluminio y chapa

galvanizada). Las muestras se colocaron dentro de un cilindro sobre la superficie de

prueba en una placa de inclinación ajustable. La placa se inclina gradualmente hasta que

el cilindro comienza a descender y se toma medida de dicho ángulo de inclinación. Se

determinó el coeficiente de fricción (μ=tag) (Guiotto et al., 2011).

La caracterización de la muestra, en todos los casos, se realizó por triplicado y los

valores presentados corresponden a un promedio con su respectivo desvío.

El estudio de la separación alpiste-trigollo mediante un sistema de tamices se realizó

empleando una batería de tamices en equipo Shaker (Estados Unidos y equivalentes de

Tyler - ASTM-E-11-61) correspondiente a las mallas 7 (abertura de malla 2,83 mm), 8



(abertura de malla 2,38 mm), 10 (abertura de malla 2,00mm), 12 (abertura de malla 1.68

mm) y 14 (abertura de malla 1,41mm). Se estandarizó el tiempo de operación (1 min) y

el tamaño de la muestra utilizada en cada caso (200 gramos).

Cada uno de los valores informado corresponde al promedio de tres determinaciones

El estudio de la separación alpiste-trigollo en un sistema de ciclones se efectuó en

forma teórica tal lo indicado en el ítem 1.2.

En el caso de la evaluación de la separación del trigollo por lecho fluidizado (ítem

1.3) se trabajó en forma teórica y experimental.

Se realizó estudio experimental en planta piloto con un equipo que consiste en un

tubo de acrílico de 0,09 m de diámetro y 1,7 m de altura (Figura 2a). El aire fue

impulsado por un ventilador centrífugo (2800 rpm, caudal máximo 0,1 m3/s). La

variación del caudal de gas se realizó por medio de un sistema de clapeta. La lectura del

caudal se efectuó por medio de manómetro diferencial conectado a una placa orificio

previamente calibrada. La variación en la caída de presión del aire en el lecho se midió

con manómetros diferenciales analógicos (0-0,50 mm c.a., precisión mínima 0,05mm)

conectados a un piezométrico ubicado cada 1 ft de altura de la columna (Figura 2b). Se

forzó la fluidización (Figura 2c) hasta la separación del alpiste, se recogió el mismo en

una manga (Figura 2d).

2a-Vista general del lecho 2b-Manómetros 2c- Inicio de la

fluidización c/burbujeo

2d- Manga de recolección

Fig. 2. Equipo experimental - Lecho fluidizado



4. Resultados y Discusión

4.1. Caracterización de la muestra, del alpiste y del trigollo

La muestra de alpiste analizada, proveniente de la salida de la limpiadora de disco de

una empresa de Olavarría, presentaron 0,85±0,38% de trigollo. Si bien el valor es bajo y

la base de comercialización es del 4%, el alpiste en estas condiciones no puede ser

comercializado como semilla libre de granos similares, especialmente para cultivo.

La Tabla 2 presenta las dimensiones axiales, longitud, ancho y espesor, tanto para el

alpiste como para el trigollo, a partir de las mismas se determinaron las propiedades

geométricas: el diámetro equivalente, la esfericidad y el área superficial de cada grano,

informándose los valores promedios obtenidos para cada determinación (VM) y el

desvío correspondiente (σ).

Tabla 2. Dimensiones del alpiste y el trigollo

Dimensión Alpiste Trigollo

VM σ VM σ

Longitud (L, mm) 4,942 0,213 4,629 0,592

Ancho (W, mm) 1,930 0,131 2,060 0,204

Espesor (T, mm) 1,480 0,154 1,477 0,102

Diámetro equivalente (De, mm) 2,414 0,142 2,421 0,211

Esfericidad (Ø) 0,489 0,028 0,524 0,034

Área superficial (S, mm2) 18,364 2,164 18,405 3,070

La Figura 3 muestra, para cada tamiz utilizado, la composición de la retención

efectuada en cada uno de ellos. Puede observarse que si se utilizara a la salida del

sistema de limpieza de la planta un tamiz malla 10 [C (2,380-2,000)] podría mejorarse

considerablemente la separación.

Efectuada la separación de la muestra total (alpiste + trigollo + dañados y otros), el

tamiz Nº10 e inferiores, retiene el 75,80% del trigollo presente en la muestra y en

promedio el 0,99% de alpiste sano.



A>2,830mm

B:2,830-2,380mm

C:2,380-2,000mm

D:2,000-1,680mm

E:1,680-1,410mm

F<1,410mm

Fig. 3. Fracción retenida en cada tamiz de alpiste y trigollo

Se determinó, para cada uno de los granos limpios (alpiste y trigollo) el contenido de

humedad y el peso de mil granos (ambos valores se expresan en base seca (bs)), la

densidad verdadera y aparente y la porosidad del lecho (Tabla 3).

Tabla 3. Humedad, peso, densidad y porosidad del lecho de alpiste y trigollo

Característica Alpiste Trigollo

Humedad (% bs) 7,951±0,413 8,832±0,113

Peso de mil granos bs (g) 6,090±0,041 6,463±0,083

Densidad verdadera (ρt, g/cm3) 1,1388±0,0176 1,1431±0,0317

Densidad aparente (ρb, g/cm3) 0,742±0,001 0,559±0,002

Porosidad del lecho (ɛ) 34,8 51,1

Para la muestra total (alpiste + trigollo + dañados y otros) el contenido de humedad

promedio fue del 12,411±0,049 % b.s., la porosidad del lecho (ɛ) 35,8 y la densidad a

granel (ρ) 0,730±0,001 g/cm3.



4.2. Separación por ciclones

Se efectuó un análisis de los parámetros que afectan la eficiencia de separación por

ciclones. Se evaluó la influencia de la velocidad del gas a la entrada de un ciclón con

entrada tangencial.

El estudio paramétrico llevado a cabo al introducir la muestra con una corriente de

aire permitió determinar el factor de proporcionalidad propio de la geometría de la

partícula (Ψ) a partir del diámetro equivalente (Tabla 2) y del diámetro de la partícula

(Dp) considerado como la mayor longitud de la misma en el caso de partículas de

geometría irregular, siendo Dp alpiste: 4,942±0,213 mm y Dp trigollo: 4,629±0,592

mm. Resultando, Ψ alpiste: 0,488±0,016 y Ψ trigollo: 0,523±0,043.

Por otro lado, el número de vueltas completas (N) se determinó adoptando la

correlación de Swit (1969), resultando ser de 6,023. Reemplazando los parámetros

obtenidos en la ecuación (1) se determina que la eficiencia del ciclón es

η alpiste=3680Vc/Dc y η trigollo=3720Vc/Dc.

La relación de eficiencias del ciclón para separar alpiste y trigollo es prácticamente la

unidad lo que indicaría que la separación de ambos granos, por éste sistema, es

prácticamente imposible. Hay sistemas de separación por ciclones, que en determinados

casos funcionan con partículas grandes eficientemente, pero la similitud entre el alpiste

y el trigollo hace impracticable la separación, más aún considerando la baja

concentración de alpiste de la muestra.

4.3. Separación por lecho fluidizado

Para evaluar el comportamiento del lecho fluidizado y poder predecir el mismo, se

consideran las variables que intervienen en el proceso de fluidización; de la misma

manera que es necesario observar el comportamiento interno de la mezcla de partículas

sólidas (alpiste+trigollo) y el transporte de las partículas, independizándose de la

transferencia de calor y masa dado que son despreciables.

Se determinó la velocidad mínima de fluidización en forma teórica para diferentes

correlaciones, obteniéndose los valores que se indican en la Tabla 4.



Tabla 4. Umf obtenida a partir de diferentes correlaciones recopiladas por Palacio

Betancour (2005)

Correlación Umf alpiste

(cm/s)

Umf trigollo

(cm/s)

Umf mezcla

(cm/s)

Kunii y Levenspiel 62.73 62.55 62.73

Chitester 75.51 75.33 75.51

Tannous 63.82 63.70 71.08

Barbosa 74.11 73.74 86.24

Geldart 81.47 81.45 81.47

Alpiste y trigollo tienen, similar velocidad de fluidización, situación ésta que nos da

indicio de que la separación por éste método será sumamente dificultosa requiriendo

extrema precisión en el manejo de cada una de las variables.

En la columna experimental descripta anteriormente se trabajó con un una altura de

lecho determinada, con cada grano independientemente (Halpiste: 8 cm, Htrigollo: 4,31 cm),

la torre posee anillos priezométricos a diferentes profundidades. Se alimentó el aire

vigorosamente para romper cualquier tipo de empaquetamiento de las partículas y se

trabajó a diferentes velocidades de gas, en cada una de las corridas se registraron las

caídas de presión y los flujos.

En los primeros ensayos puede observarse que la caída de presión en el lecho en

función de la velocidad volumétrica de flujo aumenta hasta que llega a cierta estabilidad

y luego nuevamente presenta un ascenso, este tipo de conducta se denomina

Fluidización Pobre y se debe a dos motivos, primero a que la muestra tiene variación de

tamaño de las partículas, es decir, no hay homogeneidad en la granulometría del sólido

y en segundo lugar, se plantea la aparición del fenómeno de “slugging” que también

puede ser causante de este fenómeno. Estos ensayos preliminares estarían indicando

que la diferencia entre la velocidad de fluidización del alpiste y del trigollo es de

aproximadamente el 10%.

Del análisis realizado se determina que la separación del trigollo del alpiste lograda

por fluidización resulta de aproximadamente el 25%.



Cabe indicar que la mezcla introducida al sistema tenía una fracción aproximada de

0,0025 de trigollo (0,25%), partiendo de una muestra original que tenía el 1% de trigollo

y que por medio de una malla de tamiz Nº10 se logró separar aproximadamente el 75%

del trigollo inicial.

Del estudio preliminar realizado se observa que existe un grado de dificultad

importante al momento de querer separar alpiste y trigollo por la similitud en sus

características, la primera diferencia se detectó en la esfericidad dando origen a la

separación por tamiz. La otra diferencia se detectó en el peso de mil granos, siendo el

valor para trigollo 6% superior al alpiste, lo que indica que cualquier separación por aire

el grano a arrastrar es el alpiste (absolutamente mayoritario en la muestra).

5. Conclusiones y proyección

La determinación de las diferentes propiedades es posible replicarlas en iguales

condiciones a otras muestras.

Este primer estudio ha permitido caracterizar alpiste y trigollo independientemente;

cabe indicar que no hay estudios reportados en la bibliografía sobre estas características,

principalmente para trigollo. Los estudios realizados permiten inferir que la mejor

situación sería lograr controlar el trigollo a campo; que la limpiadora de disco es una

buena opción, la cual con un tamizado previo logra una muestra con menos del 1% de

trigollo.

El tamaño del alpiste y más aún del trigollo es irregular, por lo tanto debería en el

laboratorio efectuarse una distribución de tamaño y a partir de allí seleccionar la maya

que mejor separación logra para esa muestra. La separación por ciclón es prácticamente

imposible, además por el impacto de los granos sobre el ciclón lo que se logra es

descascarar el alpiste pero no separar el trigollo. En el caso de separación por lecho

fluidizado y para las condiciones de operación establecidas, esta separación resulta

relativamente baja.

Del análisis integral se puede concluir que optimizando el funcionamiento de la

limpiadora y colocando a la salida un tamiz centrífugo es posible logra un producto con

aproximadamente un 0,25% de trigollo, valor marcadamente inferior a la base de

comercialización del alpiste.



Reconocimientos

El presente trabajo ha sido desarrollado en el marco del núcleo de Investigación

TECSE con el financiamiento de la empresa Molino Olavarría S.A. y el asesoramiento

del MSc Ing. Maximiliano Cogliatti (FA-UNCPBA). Las actividades realizadas forman

parte del Proyecto de Desarrollo Tecnológico y Social (PDTS) homónimo, el cual ha

sido incorporado como PCTI-140 a la base de datos del MICyT.

Referencias

Barreira Moreno, Víctor Manuel. 2007. Estudio hidrodinámico de un lecho fluidizado.

Proyecto Final de Carrera Ingeniería Industrial, Universidad Carlos III, Madrid,

España. Escuela Politécnica superior, Departamento de Ingeniería Térmica y de

Fluidos.

Cogliatti M., V.F. Juan, F. Bongiorno, H. Dalla Valle, W.J. Rogers, 2011. Control of

grassy weeds in annual canarygrass. Crop Protection 30, 125e129.

Cogliatti M., 2012. Canaryseed Crop. Scientia Agropecuaria 1, 75 – 88.

de Figueiredo A.K., Baümler E., Riccobene I.C., Nolasco S.M., 2011. Moisture-

dependent engineering properties of sunflower seeds with different structural

characteristics. Journal of Food Eng. N°102, pág 58-65.

Guiotto E.N., Ixtaina V.Y., Tomás M.C., Nolasco S.M., 2011. Moisture-dependent

physical properties of chia (Salvia hispanica L.) seeds. American Society of

Agricultural and Biological Engineers, vol 54(2).

Gupta R.K., Das S.K., 1997. Physical properties of sunflower seeds. Journal of

agricultural Engineering Research N°66, p1-8.

Gutiérrez Torres Claudia del C., Barbosa Saldaña, Juan G., Jiménez Bernal, José y

Quinto Diez, Pedro (2006). Estudio de los parámetros que afectan la eficiencia de

separación de los separadores tipo ciclón. Científica Vol.10 Núm.2, pp59-63.

ESIME-IPN.

Palacio Betancur, Luis Eduardo (2005). Caracterización de propiedades fluidodinámicas

de lechos fluidizados en frío con mezclas de Carbón-Biomasa usadas en procesos de

co-gasificación. Tesis de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad

Pontificia Bolivariana. Medellín, Colombia.



Perez E.E., Crapiste G.H., Carelli A.A., 2007. Some physical and morphological

properties of wild sunflower seeds. Biosystems Engineering N°96, pág 41-45.

Schulze D. 2006. Flow properties of powders and bulk solids. Prof. Dr.-Ing. Dietmar

Schulze, Ostfalia University of Applied Sciences, Wolfenbüttel, Germany.

www.dietmar-schulze (04/2015).

Singh, K. K., Goswami, T. K.,1996. Physical properties of Cumin seed. Journal of

Agricultural Engineering Research N°64, pág 93–98.

Villarreal-La Torre Víctor E.; Reyes-Caicedo Jeissy M.; Ruiz-Reyes Segundo G.

(2011). Estudio farmacognóstico de la semilla de Phalaris canariensis L. “alpiste”y

su cuantificación de esteroles Venegas-Casanova Edmundo A. Revista Ciencia para

el desarrollo. Universidad Nacional de Trujillo, Oficina General de Promoción y

Desarrollo de la Investigación. César Augusto Jara Campos (Dir.), Freddy Mejía

Coico (Edit.).

Wende Li, Trust Beta, 2012. An evaluation of carotenoid levels and composition of

glabrous canaryseed. Food Chemistry 133, 782–786.

Wu M.R., Schott D.L., Lodewijks G., 2011. Physical properties of solid biomass.

Biomass and Bioenergy N°35, pág 2093-2105.

http://www.dietmar-schulze/

fortalecimiento de la agroindustria regional estudio … · 2015-07-10 · rendimiento del cultivo,...

Documents