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Desarrollo y desempeño de un proceso de beneficiado en seco de variedades amargas

de quinua basado en la aplicación de un lecho fluidizado de tipo surtidor

Optimización del consumo específico de energía en el proceso de beneficiado en seco de variedades amargas de quinua, basado en la

aplicación de un lecho fluidizado de tipo surtidor

IndustrialInvestigación y Desarrollo

La Paz, Bolivia, Año 1, Nro. 1, Diciembre de 2013

a Cámara Nacional de Industrias (CNI) junto a la Universidad Privada Boli-viana (UPB) tienen la satisfacción de presentar la edición Nro. 1 de la Separata Investigación y Desarrollo Industrial de la Revista Industria.

Asimismo, invitan a la comunidad académica y empresarial a presentar artí-culos de investigación aplicada a la industria, los cuales serán publicados en la separata Investigación y Desarrollo Industrial.

Los autores podrán presentar artículos originales, sobre investigación aplica-da abordando los siguientes tópicos:

- Eficienciaenergética

- Procesos industriales

- Producción Más Limpia

- Gestión empresarial

- Desarrollo económico e industrial

- Medio ambiente

- Responsabilidad Social Empresarial

- Otros relacionados a la actividad empresarial industrial

Los artículos no podrán sobrepasar las 3.000 palabras y deberán estar escritos en español.

Todos los artículos serán objeto de revisión por dos miembros de la Comisión CientíficadelaRevista,mismosqueserándesignadostomandoencuentalaespecialidad del tema tratado en el artículo.

Fechas importantes:

- Envío de artículos: 24 de abril de 2014

- Notificacióndeaceptación:23demayode2014

- Envíodelaversiónfinaldelosartículosaceptados:13dejuniode2014

Los artículos e información sobre este particular pueden ser remitidos a:[email protected] con copia a [email protected]

Atentamente.

Cámara Nacional de Industrias y Universidad Privada Boliviana

DIRECTIVA CNIPRESIDENTELic. Mario Yaffar de la Barra

PRIMER VICEPRESIDENTEIng. Horacio Villegas Jáuregui

SEGUNDO VICEPRESIDENTELic. Pablo Terceros Navia

TESOREROLic. Luis. F. Balanza Vacaflores

VOCALESSr. Víctor Fernández Sr. Juan Escóbar RocabadoSr. Gonzalo Ferreyra Kellert

GERENTE GENERALLic. Fernando D. Hinojosa García

René S. PereiraJosé Gualberto VillarroelConrad von BergenArturo Montero Nuñez del PradoArmando Gumucio K.Juan Carlos Philippsberg Felipe Sandóval M.Nemion Condori Q.Jorge L. BéjarLeticia HidalgoPatricia MálagaGerardo Velasco T.Raúl Crespo VasquezMarcelo RíosJohnny González H.Jaime Díaz SolizDaniel Sánchez S.Pablo CamachoEduardo Otálora S.Rodrigo Villarreal C.Federico Diez de MedinaMauricio Andia C.Ronald Darling VillarroelJosé Peñaranda Villa GómezPatricio Kyllmann DieckelmanOscar Farfán MeallaEdgar Maldonado BellidoJavier A. MendozaLuis Fernando Barbery PazRamiro Moreno BaldiviesoJairo Escóbar LlanosJuan Tórrez M.Enrique Claros L.Janeth VediaRenato Pucci SalviettiLuz Mónica Rivero de RocabadoChristian Schilling D.Carlos Peñaranda E. Gonzalo Durán Carlos Sanabria CamachoRafael Urquizo Mendoza

CÁMARA NACIONAL DE INDUSTRIASAv. Mariscal Santa Cruz Nº 1392Edif. Cámara Nacional de Comercio piso 14Central piloto: (591-2) 2374477Email: [email protected]

Elaboración y ediciónAsesoría de Presidencia y GerenciaHugo Siles E.

Unidad de Comunicación CNI. Anahí Barriga D.

Diseño y diagramaciónJaime Alvarez C.

Comercializa: Gerencia de Medios Bolivia S.R.L.(G.D.M.B) Telf.: 2900700/[email protected]

DIRECTORIO CNI

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PresentaciónL

3Cámara Nacional de Industrias

Desarrollo y desempeño de un proceso de beneficiado en seco de variedades amargas de quinua basado en la

aplicación de un lecho fluidizado de tipo surtidor (lfts)

ResumenSehadesarrolladounprocesonovedosodebeneficiadoensecodequinua,medianteelempleodeunlechofluidizadodetiposurtidor(LFTS). Se estudiaron las características básicas de funcionamiento del lecho en la remoción de saponinas de 3 ecotipos amargos de quinuarealprovenientesdezonasproductivasenlosdepartamentosdeOruroyPotosí.

Seconstruyerondosreactoresdevidrioaescalalaboratoriode7,5y20cm.dediámetroyboquillasde1,4y3,4mm.Losreactoressealimentaron de aire a través de un compresor de 400 Lmin-1decapacidad,provistodeunmedidordeflujode10-100Lmin-1 ydeunfil-trodehumedadyaceite.Muestrasdequinuafueronprocesadasenestosequiposdeacuerdoaundiseñoexperimentalmultifactorial,evaluándoseelefectodelosfactores:ecotipo,diámetrodereactor,diámetrodeboquillayalturadelechosobreelporcentajederemo-cióndesaponinas,lacalidadnutritiva(porcentajedeproteína),elporcentajedepérdidademasayelconsumoespecíficodeenergía.

Losfactoresmáspreponderantessobrelaremocióndesaponinassoneldiámetrodellechoyeldiámetrodelaboquilla,seguidosdelecotipo,lográndosevaloresdesaponinasmínimos(0-0,02%),tantoparalosecotiposindividualescomoparasusmezclas,conlasi-guientecombinación:diámetrodeboquilla1,4-1,8mm;diámetrodelecho7,5-12,5cm;alturadelechode12,5cm.y30min.detiempo.Ningunodelosfactoresestudiadostieneunefectosignificativosobreelcontenidodeproteínasylaspérdidasdemasa.

En general, tanto la remoción de saponinas como la pérdida de masa ocurren a mayor velocidad durante los primeros minutos. Las saponinasextraídasduranteladesaponificaciónserecuperanensutotalidad.Losecotiposmásresistentesalafricciónentregranosdequinuason:(1)ToledodeSalinasdeG.Mendoza;(2)BlancadeUyuni;(3)BlancadeSalinasdeG.Mendoza;(4)AmarilladeUyuniy (5) Rosada de Uyuni, en ese orden.

Comoconclusióngeneralsepuedeafirmarquelaconfiguracióndellechofluidizadodetiposurtidorquenoutilizaaguaesidóneaparalaremocióndesaponinasdediferentesvariedadesdequinuaamargaenescaladelaboratorio.

PalabrasClave:Quinua,remocióndesaponinas,lechofluidizadodetiposurtidor.

*Centro de Investigaciones en Procesos Industriales - CIPI**Centro de Investigaciones Agrícolas y Agroindustriales Andinas – CIAAA, Universidad Privada [email protected]

RamiroEscaleraVásquez*,CarlaQuirogaLedezma**Luis Arteaga Weill*

1. IntroducciónLademandade laquinua,debidoasuspropiedadesnutritivasex-cepcionales [1-4],hacrecidoexponencialmenteen losúltimosaños[5], especialmente en mercados internacionales donde se tiene gran interésenproductossaludables,orgánicos,exóticosycomerciojusto.

LasvariedadesyecotiposdequinuaquesecomercializanenBoliviatienen porcentajes elevados de saponina en el episperma del grano [6-8],lacualdebesereliminadaantesdesucomercialización.Lasem-presasbeneficiadorasdediversasvariedadesyecotiposdequinua,establecidasenlosdepartamentosdeOruroyPotosí,utilizansiste-mas tradicionales o, en el mejor de los casos, los sistemas combinados dedesaponificaciónporvíahúmedayseca,loscualesutilizanaguahasta 14 m3/TMdequinuaprocesada,generandoaguasresidualescontaminadasconsaponinasquesedescargansintratamientoaloscuerposnaturales,pudiendoocasionardesequilibriosimportantesenlos ecosistemas acuáticos. En estos procesos no se aprovechan entre un 15 a 30% de polvos con alto contenido de saponinas se pierden en estosresiduoslíquidos,puestoquesurecuperaciónnoeseconómica-mente viable perdiendo una materia prima de mucha potencialidad paralafabricacióndeproductosdealtovaloragregadocomercializa-dos en el mercado internacional, en el espectro de una amplia gama de industrias, principalmente, las industrias farmacéutica y alimen-ticia [9].

Para resolver las desventajas arriba detalladas, la investigación pro-puestadesarrollaunnovedosoprocesodedesaponificaciónensecodegranosdevariedadesamargasdequinua,basadoenlaaplicacióndeunlechofluidizadodetiposurtidor,Figura2,tomandoencuentalos principios de Producción Limpia. En este sistema, las partículas

dequinua,previamenteseleccionadasylimpiadas,sefluidizanme-dianteunacorrientereguladadeaire,generandounlechoenelque:• Lafricciónychoquescontinuosentreellaspermitenlaremoción

delascapasexternasdelepispermadealtocontenidodesaponi-nas,bajolaformadeunpolvofino.

• Lapérdidadenutrientesseminimizadebidoalaabrasióncon-trolada entre las partículas.

• Larecuperacióndesaponinasatravésdeunciclónestotal.• Seevitalacontaminacióndeaguas.

(A) Reactor-Laboratorio (A) Reactor-Laboratorio

Figura 1- Reactor de lecho fluidizado de tipo surtidor para la desaponificación en seco

4 Cámara Nacional de Industrias

En el presente estudio se determinaron las características básicas y condicionesóptimasdeprocesamientoenellechofluidizadodetiposurtidor,incluyendolacaracterizacióndelageometríaóptimadelle-cho, la determinación de las condiciones aerodinámicas de operación ylaevaluacióndelosrendimientosenladesaponificaciónen2ecoti-posovariedadescomercialesosusmezclas.

2. Metodología

2.1. Equipo experimental

SediseñóyconstruyóelequipoexperimentalFigura2,queconstade un compresor a pistón de 400 Lmin-1,8bary5hp,conunfiltrodeaire, un regulador de presión y un rotámetro de 10-100 Lmin-1

Figura 2. Equipo experimental con todos los elementos

Se usaron dos columnas de vidrio cilíndrico-cónicas: una de 7,44 cm. de diámetrointerno,conode30°yalturade40cm.;laotra,de20cm.dediámetroexterno,conode45°yalturade50cm.Lasdoscolumnastie-nenuntubodeentradadeairede10mm.dediámetroexterno,alquesepuedenadaptarboquillascónicasdedistintosdiámetros.Lospolvosserecuperanenunfiltro-mangarecolectordepolvosdeteladeporosidadadecuada,provistadeunamallaquenodejapasarlosgranos.

Pruebas de caracterización de lecho

Paradeterminarexperimentalmentelosintervalosdevaloresdelascondicionesdeoperaciónrequeridasparagenerarel surtidor,esta-blecerunlechofluidizadoestableyapropiadoparalaremocióndesaponinas y las condiciones de colapso del lecho se midieron:

• Velocidadesdeflujovolumétricodeaire.• Alturasdelechoposiblesenfuncióndelacapacidaddelequipo

experimental• Masasdequinuaenfuncióndelasalturasydiámetrodelecho.

2.2. Evaluación de los rendimientos en la desaponificación

Diseño experimental estadístico

Conlaayudadeunpaqueteestadístico,StatgraphicsCenturiónver-siónXV,seprocedióaelaborareldiseñoexperimentalestadísticoconelfindedeterminar los factoresquepresentan losmayoresefectossobre la efectividad del proceso de remoción de saponinas y las con-dicionesóptimasdeprocesamiento:diámetrodeboquilla,diámetrode lecho y altura de lecho.

Se adoptó el diseño factorial de 4 factores a dos niveles y dos réplicas porcorrida.Seescogieronlos4siguientesfactores:diámetrodeboqui-lla,diámetrodelecho,alturadelechoyecotipodequinua.Elfactortiempo se estableció en 30 minutos, de acuerdo con las pruebas preli-minaresdecaracterizacióndelecho.Comovariablesdependientesseconsideraron: (1) el porcentaje residual de saponinas, (2) el porcentaje de remoción de saponinas, (3) la concentración de proteínas, (4) el por-centajedepérdidasdemasay(5)elconsumoespecíficodeenergía.Laconcentración de lípidos se determinó en las muestras más representa-tivasdelosecotiposdequinuaprocesada.

Adicionalmente,seanalizaronparacadaecotipolassuperficiesderespuesta de la concentración de saponinas en modo tridimensional paracadapardefactores,afindedeterminarlosvaloresóptimosquepermitenreducirlaconcentraciónhastavalorespordebajodelos niveles de aceptación del consumidor. De la misma manera, se analizaronelporcentajederemocióndesaponinas,laspérdidasdemasa, el porcentaje de proteínas y el consumo de energía por uni-dad de masa.

3. ResultadosAnálisiseinterpretacióndelosresultadosdelascorridasrealizadassegúnelDiseñoExperimentalEstadístico.

La Tabla 1 muestra los resultados obtenidos del contenido de sapo-ninas y proteínas en muestras procesadas, porcentaje de remoción desaponina,porcentajedepérdidasdemasayconsumoespecíficodeenergía,paracadaunadelascorridasrealizadassegúneldiseñoexperimentalestadísticoadoptado.Losporcentajesderemocióndesaponinas fueron calculados sobre la base de los contenidos de sa-poninas en muestras sin procesar correspondientes a los 2 ecotipos seleccionados, presentados en la Tabla 2 [10].

Tabla 2.CONTENIDO DE SAPONINA Y PROTEÍNA EN MUESTRAS DE

QUINUA REAL SIN PROCESAR [10]

Ecotipo Contenido de Saponinas [%]

Contenido de Proteínas [%]

Blanca 0,27 10,49

Amarilla 0,35 10,08

Rosada 0,84 13,58

Efecto de los factores seleccionados sobre la remoción de saponinas

La Figura 3 muestra la descomposición de la variabilidad del por-centaje de saponinas en contribuciones de los cuatro factores proba-dos.Lacontribucióndecadafactorsemidióquitandolosefectosdelosfactoresrestantes.LosvaloresdePpruebanlasignificanciadecadaunodelosfactores,mostrandoqueeldiámetrodelaboquilla,el diámetro del lecho y el ecotipo (todos con P < 0,05) poseen efectos estadísticamentesignificativossobrelaconcentracióndesaponinasysuremociónaunniveldeconfianzadel95%.Losfactoresmáspre-ponderantessoneldiámetrodellechoyeldiámetrodelaboquilla,seguidos del ecotipo. La altura de lecho con P > 0,05 tiene muy poco efecto y podría no considerarse como parte del diseño factorial.

Figura 3. Análisis de varianza multifactorial (MANOVA). Valores de P para los cuatro factores sobre la variabilidad de la concentración residual de saponinas después de la remoción en el LFTS (n = 32,

95 % intervalo de confianza).

Valores óptimos de los factores que tienen efectos más signi-ficativos en la remoción de saponinas

Lasuperficiederespuestayelcontorno,Figuras4y5,delaconcentra-ción residual de saponinas en muestras de Quinua Real Blanca y Ama-rilla,enfuncióndeldiámetrodeboquillayeldiámetrodelechoparaunaalturade lechode12,5cm,muestranquesealcanzanvaloresdesaponinasmínimos(0-0,02%)enlosintervalosde1,4a1,8mm.paraeldiámetrodeboquillay7,5a12,5cm.paraeldiámetrodelecho.


Figura 4- Quinua Real Blanca. Superficie de respuesta de la

concentración de saponinas después de la remoción en el LFTS (n = 16, 95 % intervalo de confianza).

Figura 5- Quinua Real Amarilla. Contorno de respuesta de la concentración de saponinas después de la remoción en el LFTS (n =

16, 95 % intervalo de confianza).

Efecto de los factores seleccionados sobre concentración de proteínas en los granos tratados

La Figura 6 muestra la descomposición de la variabilidad del porcen-taje de proteínas en muestras tratadas en contribuciones debidas a los cuatro factores probados. La contribución de cada factor se midió quitandolosefectosdelosfactoresrestantes.Comonoexistenvalo-resdeP<0,05,ningunodelosfactorestieneunefectosignificativosobreelporcentajedeproteínasaunniveldeconfianzade95%.

Figura6.Análisisdevarianzamultifactorial(MANOVA).ValoresdeP para los cuatro factores sobre la variabilidad de la concentración de proteínas en muestras tratadas en el LFTS (n=32, 95 % intervalo

deconfianza).

Sin embargo, la comparación de los valores promedio de las con-centraciones de proteínas en los mismos ecotipos procesados y no procesados,muestraqueambosecotiposincrementansutenordeproteínas en aproximadamente en 2 a 2,8% (valores en ecotiposprocesados:blanca=12,7%yamarilla=12,4;valoressinprocesar:blanca=10,49%yamarilla=10,08%).Esteincrementopuedeserexplicadopordisminuciónregistradadelamasadelosgranos(4,11

Tabla 1.CONTENIDO DE SAPONINA Y PROTEÍNA EN MUESTRAS DE QUINUA SOMETIDAS A DIFERENTES CONDICIONES DE

PROCESAMIENTO. EFICACIA DE REMOCIÓN DE SAPONINAS, PÉRDIDAS DE MASA Y CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGÍA

Corrida N° Ecotipo

Diámetro Boquilla

[mm]

Altura Lecho [cm]

Diámetro Lecho [cm]

Porcentaje Saponina Grano [11]

[%]

Porcentaje Remoción Saponinas

[%]

Porcentaje Proteína

Grano [11][%]

PorcentajePerdidas de

Masa[%]

Consumo específico

energía [kWh/kg]

1 Blanca Real 1V,4 12,5 7,5 0,006 97,98 13,46 7,44 1,2592 Blanca Real 3,4 7,5 7,5 0,128 53,00 12,21 4,84 6,2803 Amarilla 3,4 12,5 20 0,114 67,89 11,84 5,30 1,0284 Blanca Real 3,4 7,5 20 0,083 69,66 12,72 4,45 2,5405 Blanca Real 3,4 12,5 20 0,095 65,16 11,83 11,82 1,0286 Blanca Real 3,4 12,5 7.5 0,123 54,94 11,83 9,46 4,2577 Amarilla 1,4 12,5 7.5 0,006 98,44 12,27 7,00 1,2598 Blanca Real 1,4 12,5 20 0,091 66,87 10,47 5,00 0,2839 Blanca Real 1,4 7,5 7.5 0,006 97,98 8,81 8,22 1,421

10 Blanca Real 3,4 7,5 7,5 0,081 70,31 12,18 5,02 6,28011 Amarilla 1,4 7,5 20 0,133 62,49 12,21 6,20 0,67712 Amarilla 1,4 7,5 7,5 0,010 97,10 12,02 6,52 1,42113 Blanca Real 1,4 7,5 20 0,157 42,63 15,51 4,41 0,67714 Amarilla 3,4 7,5 20 0,171 51,71 12,20 5,07 2,54015 Blanca Real 1,4 12,5 20 0,114 58,27 12,15 4,11 0,28316 Amarilla 3,4 7,5 7,5 0,199 43,77 13,02 5,23 6,28017 Amarilla 1,4 7,5 20 0,218 38,40 13,74 9,62 0,67718 Amarilla 3,4 12,5 7,5 0,109 59,97 11,75 5,40 4,25719 Blanca Real 1,4 12,5 7,5 0,006 97,98 11,63 6,66 1,25920 Amarilla 1,4 12,5 7,5 0,006 98,44 11,89 6,76 1,25921 Amarilla 1,4 12,5 20 0,086 75,78 12,12 5,53 0,28322 Amarilla 3,4 12,5 20 0,166 53,26 14,66 5,06 1,02823 Amarilla 3,4 7,5 20 0,165 53,40 12,13 5,94 2,54024 Blanca Real 3,4 7,5 20 0,114 58,39 15,57 4,69 2,54025 Amarilla 1,4 7,5 7,5 0,062 82,48 11,26 6,47 1,42126 Amarilla 1,4 12,5 20 0,123 65,30 12,63 5,09 0,28327 Blanca Real 1,4 7,5 20 0,119 56,48 12,61 4,89 0,67728 Amarilla 3,4 7,5 7,5 0,161 54,74 15,57 5,53 6,28029 Amarilla 3,4 12,5 7,5 0,180 49,22 15,55 6,30 4,25730 Blanca Real 3,4 12,5 20 0,142 48,11 13,00 4,83 1,02831 Blanca Real 1,4 7,5 7,5 0,006 97,97 11,89 5,65 1,42132 Blanca Real 3,4 12,5 7,5 0,006 97,98 11,91 6,11 4,257


a9,46%)debidoalaremocióndelascapasexternasquenotienenpresencia significativadeproteínas ypor el hechode que el em-brión(queesbásicamenteproteico)nohasufridodañossignificati-vos en el proceso.

Efecto de los factores seleccionados sobre el porcentaje de pérdidas de masa en los granos tratados

La Figura 7 muestra la descomposición de la variabilidad del por-centaje de pérdidas de masa en las muestras tratadas en función a las contribuciones debidas a los cuatro factores probados. La contri-bucióndecada factorsemidióquitando losefectosde los factoresrestantes.ComonoexistenvaloresdeP<0,05,ningunodelosfacto-restieneunefectosignificativosobreelporcentajedeproteínasaunniveldeconfianzade95%.

Sinembargo,sepuedenotarqueexistenpequeñosefectosdeldiáme-trodelreactor,laalturadelechoyeldiámetrodeboquilla(enordende mayor a menor) en la pérdida de masa. La combinación de 1,4 mm:7,5cm.12,5cm.paradiámetrodeboquilla:diámetrodelecho:alturade lecho, provocamayores pérdidasdemasa, hecho que escongruente con la mayor remoción de saponinas observada para esta combinación.

Figura7.Análisisdevarianzamultifactorial(MANOVA).Valoresde P para los cuatro factores sobre la variabilidad del porcentaje

de pérdidas de masa en muestras tratadas en el LFTS (n = 32, 95 % intervalodeconfianza).

3.2. Interpretación de los resultados de las corridas realizadas en condiciones óptimas a diferentes tiem-pos de procesamiento

Determinadas las condiciones óptimas de proceso y con el objetivo de establecer la cinética de la remoción de saponinas, se procedió a realizar corridas experimentales haciendovariar el tiempodepro-cesobajolascondicionesóptimasparatodoslosecotiposdequinuarealadquiridosparaelestudio,valedecir:blancadeUyuniySalinasdeGarciMendoza; rosadapandeladeUyuni;amarilladeUyuniyanaranjadaToledode SalinasdeGarciMendoza.LaFigura 8 ilus-tra el comportamiento de los diferentes ecotipos en la cinética de la remoción de saponinas (1), el porcentaje de pérdidas de masa (2) y la concentración de saponinas (3). Se pueden observar los siguientes comportamientos:

• Tantolaremocióndesaponinascomolapérdidademasaocurrena mayor velocidad durante los primeros 5 minutos. La velocidad de remoción disminuye paulatinamente en minutos posteriores. Esteaspectopuedeexplicarseporlafragilidaddelacapaexternadel epispermo donde se concentra la saponina. Las capas interio-res son lisas y más compactas.

• Entrelosecotipostratados,lasmásresistentesalafricciónen-tregranosdequinuason:1)Toledo(anaranjada)deSalinasde

GarciMendoza; 2)BlancadeUyuni; 3)BlancadeSalinasdeGarciMendoza;4)AmarilladeUyuniy5)RosadaPandeladeUyuni en ese orden.

• Todoslosecotipostratadosalcanzaroncontenidosdesaponinasmenores al valor de aceptación del consumidor (< 0,12 %) a los 15minutos,menoresalvalorreferencialdecomercializaciónde0,06 % a los 20 minutos y menores al valor reportado por el CPTS (0,01%)[10]alos30minutos,exceptoelecotipoToledo.

Finalmente,unavezdeterminadas lascondicionesóptimasdepro-cesamiento,severificaronelporcentajederemocióndesaponinas,elporcentaje residual de saponinas y el porcentaje de pérdidas de masa, cuandoseaplicaelprocesoaunamezcladeecotiposdequinuarealdeproporcionestípicamenteutilizadasporlasempresasbeneficiado-ras consultadas (50% de blanca, 40% de rosada y 10% de amarilla). Los resultados se presentan en la Tabla 3.

(A)

(B)

(C)Figura 8- Comportamiento de la cinética de remoción de saponinas y

pérdidas de masa de los distintos ecotipos estudiados.

Tabla 3. DESEMPEÑO DEL PROCESO APLICADO A MEZCLAS TÍPICAS DE ECOTIPOS DE QUINUA REAL, BAJO CONDICIONES ÓPTIMAS

Ecotipo Masa [g]

Composición Mezcla

[%]

Porcentaje Saponinas en

Grano Inicial [%]

Porcentaje Saponinas enGranoMezcla(*)

[%]

Masa Residual

[g]

Pérdidas Masa[%]

Porcentaje Saponinas en

Grano Final [%]

Remoción Saponinas

[%]

Blanca 175 50 0,188

0,245 327,02 6,57% 0,000 100,0Rosada 140 40 0,272Amarilla 35 10 0,420

Total 350 100(*) Cálculo basado en las concentraciones individuales de cada ecotipo


Sepuedeobservarque la remociónde saponinas es completa y elvalor de las pérdidas de masa está dentro del intervalo de valores observados para los diferentes ecotipos sometidos a las mismas con-dicionesdeproceso(6a7%).Estosresultadosconfirmanlaidonei-daddelprocesocuandoesaplicadoamezclastípicasdeecotiposdequinuareal

4. ConclusionesLos factores más preponderantes sobre la remoción de saponinas, son eldiámetrodellechoyeldiámetrodelaboquilla,seguidosdelecoti-po. La altura de lecho con P > 0,05 tiene muy poco efecto y podría no considerarse como parte del diseño factorial.

Se obtienen menores concentraciones de saponinas de los dos ecoti-pos estudiados (todos por debajo del valor aceptable para el consumo humanoparaquinuasbeneficiadas),cuandoseprocesanlasquinuasen el lechodediámetromáspequeño con la boquilladediámetromáspequeñoyconlamayoralturadelecho.Porotraparte,laQui-nuaRealBlancaseprocesamejorque laQuinuaRealAmarilla.Sealcanzanvaloresdesaponinasmínimos(0-0,02%)enlosintervalosde1,4a1,8mm.paraeldiámetrodeboquillay7,5a12,5cm.paraeldiámetro de lecho y una altura de lecho de 12,5 cm. Por consiguiente, para el diseño del prototipo piloto se tomaron en cuenta estos rangos de valores.

Ningunodelosfactoresestudiados:diámetrodeboquilla,diámetrodelecho,alturadelechoyecotipo,tieneunefectosignificativosobreelporcentajedeproteínasaunniveldeconfianzade95%.Elpor-centaje de proteínas en los granos se incrementa con la remoción de saponinas.

Elconsumounitariodeenergíaeléctricaesaltocuandoseutilizauncompresor comercial a pistón.

Lassaponinasextraídasduranteladesaponificaciónserecuperanensu totalidad.

En general, tanto la remoción de saponinas como la pérdida de masa ocurren a mayor velocidad durante los primeros 5 minutos. La velo-cidad de remoción disminuye paulatinamente en minutos posterio-res.Esteaspectopuedeexplicarseporlafragilidaddelacapaexternadel epispermo donde se concentra la saponina. Las capas interiores son lisas y más compactas [10]. Dentro de los ecotipos tratados, las másresistentesa lafricciónentregranosdequinuason:(1)Toledo(Anaranjada) de Salinas deG.Mendoza); (2) Blanca deUyuni; (3)BlancadeSalinasdeG.Mendoza;(4)AmarilladeUyuniy(5)Rosada(Pandela)deUyuni.Todaslosecotipostratadosalcanzaronconteni-dos de saponinas menores al valor de aceptación del consumidor (< 0,12%) a los 15 minutos, menores al valor referencial de comerciali-zaciónde0,06%alos20minutosymenoresalvalorreportadoporelCPTS(0,01%)alos30minutos,exceptoelecotipoToledo.

Lasmezclasdequinuareal(blanca,rosadayamarilla)enlaspropor-ciones porcentuales más comunes (50%, 40% y 10%, respectivamen-te),sontratadaseficazmenteporellechodetiposurtidor,lograndolaeliminación completa de las saponinas, bajo las condiciones óptimas determinadas en este estudio.

5. Bibliografía[1]KoziolM.J.,ChemicalCompositionandNutritionalEvaluation

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6. AgradecimientosEl presente estudio corresponde a la 1ª Fase de Investigación del In-formefinal:“Proyectodeprefactibilidadparaunprocesodebenefi-ciadoensecodevariedadesamargasdequinua,basadoenlaapli-caciónde un lechofluidizadode tipo surtidor”, que fue realizadoconfinanciamientootorgadoporlaEmbajadadeDinamarcaatravesdel Programa de Investigaciones Estratégicas en Bolivia (PIEB) en el marco de la Convocatoria: “Formulación de Propuestas para la Pro-ducción Sostenible de Quinua en Oruro y Potosí”

Los autores agradecen al PIEB por la continua retroalimentación técnica-científica recibidadurante la ejecucióndel estudio.Asimis-mo,agradecenlavaliosaayudadeNicolásCasanovas,LizethOrosco,Mauricio Obando y Eliana Garrón, estudiantes de la Carrera de In-genieríadelaProduccióndelaUPB,quienestrabajaronenlarealiza-cióndelascorridasexperimentales.


Optimización del consumo específico de energía en el proceso de beneficiado en seco de variedades amargas de quinua, basado en la aplicación de un lecho fluidizado de

tipo surtidor (lfts)Mauricio Obando Estrada*RamiroEscaleraVásquez*,CarlaQuirogaLedezma**Luis Arteaga Weill*

ResumenSehaminimizadoelconsumoespecíficodeenergíaparaelnovedosoprocesodebeneficiadoensecodequinua,medianteelempleodeunlechofluidizadodetiposurtidor(LFTS).Seestudiaronlascondicionesdeoperaciónycaracterísticasbásicasdefunciona-mientodellecho,enlaremocióndesaponinasdelaquinuarealblanca,provenientedezonasproductivasenlosdepartamentosdeOruro y Potosí.

Seutilizarondosreactoresdevidrioaescalalaboratoriode7,5y20cm.dediámetro,boquillasde1,4a5mm.dediámetroyalturasde lecho estático entre 12,5 y 17,5 cm. Los reactores de laboratorio se alimentaron de aire utilizandouncompresorde400Lmin-1 de capacidad,provistodedosmedidoresdeflujode10-280Lmin-1 ydeunfiltrodehumedadyaceite.Muestrasdequinuarealblancafueronprocesadasenestosequiposdeacuerdoaundiseñoexperimental,evaluándoseelefectodelosfactores:diámetrodereactor,diámetrodeboquilla,alturadelechoytiempodeprocesosobreelconsumoespecíficodeenergía,elporcentajederemocióndesaponinas y el porcentaje de pérdida de masa.

Losfactoresmáspreponderantessobreelconsumoespecíficodeenergíason:eldiámetrodeboquilla,diámetrodelecho,tiempodeprocesoyalturadelecho,lográndosevaloresdeconsumoespecíficodeenergíamínimos(0,23kWhkg-1) con la siguiente combina-ción:diámetrodeboquilla3mm.,diámetrodelecho20cm.,alturadelechode12,5cm.y60min.detiempo.Enestascondicionesseobtuvounvalorpróximoa0,01%desaponinasyunapérdidademasamenoral5%.Estosvaloressoninferioresalosobtenidosen estudios anteriores.

Engeneral,lascaídasdepresiónglobales,paraestaconfiguracióndeLFTS,sonpequeñas,comparadasconlasobservadasenelanterior estudio [11],locualpermitiríautilizarsopladoresmáseconómicos,enlugardecompresoresdemásaltoprecio,aspectoquefavorece la economía del proceso.

PalabrasClave:Quinua,RemocióndeSaponinas,LechoFluidizadodeTipoSurtidor,ConsumodeEnergía.

*Centro de Investigaciones en Procesos Industriales - CIPI**Centro de Investigaciones Agrícolas y Agroindustriales Andinas – CIAAA, Universidad Privada [email protected]

1. IntroducciónLademandade laquinua,debidoasuspropiedadesnutritivasex-cepcionales [1-4],hacrecidoexponencialmenteen losúltimosaños[5].Especialmente,sehacomercializadolaquinuaconcertificaciónorgánica en mercados internacionales donde se tiene gran interés en productossaludables,exóticosycomerciojusto.

Las variedades y ecotipos de quinua boliviana tienen, en el epis-perma del grano, porcentajes elevados de saponina, la cual debe ser eliminadaantesde su comercialización [6-8].Las empresasbenefi-ciadoras, establecidas en el país, utilizan sistemas convencionalesderemocióndesaponinasutilizandoprocesoscombinadosporvíahúmedayseca,loscualesgeneranvolúmenessignificativosdeaguasresiduales (hasta 14 m3/TMdequinuaprocesada),contaminadasconsaponinasquesedescargansintratamientoaloscuerposnaturales.Por otra parte, entre el 15% y 30 % de polvos con alto contenido de saponinassepierdenenestosresiduoslíquidos,puestoquesurecu-peraciónnoeseconómicamenteviable.Estospolvos,querepresentanaproximadamenteel5%delamateriaprimaprocesada,constituyen,actualmente, un recurso de mucho potencial para la fabricación de productosdealtovaloragregadocomercializadosenelmercadoin-ternacional, en el espectro de una amplia gama de industrias, princi-palmente, las industrias farmacéutica y alimenticia [9].

El Centro de Promoción de Tecnologías Sostenibles (CPTS) [10], ha optimizadoelsistemacombinadoanterior,conlaintroduccióndeme-jorasen losprocesosdeescarificado, lavadoysecado,quepermiten

ahorros en agua y energía. Este sistema ha sido adoptado por algunas beneficiadorasdetamañomedianoyrelativamentegrande.Sinembar-go, si bien el consumo de agua se ha reducido a 5 m3/TMdequinuaprocesada, se considera todavía importante en regiones donde este re-cursoesescasoylaprecipitaciónpluvialalcanzasolamentea150-200mm.poraño.Elconsumoenergético,deaproximadamente130kWh/TM,sedebeprincipalmentealautilizacióndegaslicuadoenlaetapade secado de los granos lavados.

Para resolver las desventajas arriba detalladas, investigadores de la Universidad Privada Boliviana han desarrollado un novedoso proceso dedesaponificaciónensecodegranosdevariedadesamargasdequi-nua,basadoenlaaplicacióndeunlechofluidizadodetiposurtidor,tomando en cuenta los principios de Producción Más Limpia. El pro-ceso seco propuesto, ha logrado reducir la concentración de saponinas enlosgranoshastavaloresmenoresal0,01%quereflejaunestándarcomercialdeexportaciónymuchomenoresal0,12%estipuladoporla Norma Boliviana en tiempos menores a los 30 min. y ha logrado recuperar completamente los polvos de saponinas, sin deteriorar la calidad nutritiva del grano [11-12]. Sin embargo, las pérdidas de masa sontodavíaelevadas(hastael7%)yelconsumoespecíficodeenergíaes varias veces mayor al obtenido por el sistema implantado por el CPTS (0,621 vs. 0,130 kWh/kg)

En el presente estudio se determinaron las condiciones de operación bajo las cuales el consumo específicode energía y laspérdidasdemasaseminimizan,enunlechofluidizadodetiposurtidordegeo-metría cilíndrico-cónica aplicada a la remoción de polvos de saponi-nasengranosdequinuareal.


2. Metodología

2.1. Equipo experimental

SeutilizóelmismoequipoexperimentaldelaFigura1,queconstade:

• Uncompresorapistónde400Lmin-1;8bar,5hp.confiltrodeairey regulador de presión.

• Unmedidordeflujodeairede10-280Lmin-1 • Dos columnasde vidrio cilíndrico-cónicas: unade 7,44 cm.de

diámetrointerno,conode30°,alturade40cm;laotra,de20cm.dediámetroexterno,conode45°yalturade50cm.Lasdosco-lumnas tienen un tubo de entrada de aire de 6 mm. de diámetro interno,alquesepuedenadaptarboquillasdedistintosdiáme-tros.

• Unfiltro-mangarecolectordepolvosdeteladeporosidadadecua-da,provistadeunamallaquenodejapasarlosgranos.

Figura 1- Equipo experimental con todos los elementos.

2.2. Pruebas de caracterización y operación del lecho

Paradeterminarexperimentalmentelosintervalosdevaloresdelascondicionesdeoperaciónrequeridasparaestablecerunlechofluidi-zadoestableyapropiadoparalaremocióndesaponinas,semidieron:

• Velocidadesdeflujovolumétricodeaire.• Alturasdelechoposiblesenfuncióndelacapacidaddelequipo

experimental.• Presionesmanométricasdeoperaciónantesdelflujómetro• Masasinicialesdequinuaenfuncióndelasalturasydiámetrode

lecho.

º Masasdequinuadespuésdelprocesamientoencadacorrida

2.3. Evaluación del consumo específico de energía y los rendimientos en la desaponificación

Diseño experimental

Se escogieron los 4 factores siguientes e intervalos de valores, de acuerdo con los resultados de pruebas preliminares de caracteri-zaciónde lecho:diámetrodeboquilla, 1,4 – 5mm.;diámetrodelecho,7,44–20cm.;alturadelecho,12,5–17,5;tiempodeproce-samiento, 30 – 60 min. Como variables dependientes se considera-ron:(1)elconsumoespecíficodeenergía,(2)elporcentajeresidualde saponinas, (3) el porcentaje de remoción de saponinas y (4) el porcentajedepérdidasdemasa.Elconsumoespecíficodeenergíasedeterminóenbasealtrabajorealizadosobreelfluidoencondi-ciones adiabáticas. El porcentaje de saponinas en los granos tra-tados y sin tratar, se determinó mediante el método de la espuma descritoenlanormaNB683[13].LaFigura2muestralacurvadecalibración obtenida [14].

Figura 2 - Curva de calibración para determinación del contenido de saponinas mediante el método de la espuma según Norma Boliviana

NB-683 [14].

3. Resultados

3.1. Pruebas preliminares de consumo específico de energía

La Tabla 1muestra el consumo específico de energía eléctrica delcompresor en el sistema de remoción de saponina en seco (LFTS) bajo los siguientes intervalos de valores de las variables independientes: diámetrodelecho,7,5–20cm.;alturadelecho,7,5–12,5cm.;diáme-trodeboquilla,1–5mm.;tiempodetratamientode30minutos.Elconsumo eléctrico fue calculado como el producto entre el tiempo de funcionamiento efectivo del compresor medido en horas y la poten-cia nominal del motor de 3,75 kW.

TABLA 1. CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGÍA ELÉCTRICA BAJO DISTINTAS CONDICIONES DE PROCESAMIENTO

Corrida Nº

Diámetro de lecho,

[cm]

Altura de lecho,

[cm]

Diámetro de la

boquilla,[mm]

Masa de quinua,

[kg]

Consumoespecíficode energía eléctrica,

[kWhkg-1]

1 20 12,5 5,0 1,450 0,7342 20 7,5 2,0 0,440 0,6703 7,5 12,5 5,0 0,350 2,4844 7,5 12,5 4,0 0,350 2,3955 7,5 7,5 1,0 0,190 0,9786 20 7,5 3,0 0,440 1,3467 20 12,5 2,0 1,450 0,5718 7,5 7,5 4,0 0,350 3,2589 20 7,5 4,0 0,440 1,20110 20 12,5 3,0 1,450 0,69611 20 7,5 1,0 0,440 0,39012 7,5 7,5 5,0 0,190 3,24013 7,5 12,5 3,0 0,350 2,30214 7,5 7,5 2,0 0,190 1,55415 7,5 7,5 3,0 0,190 2,29316 20 12,5 4,0 1,450 0,71117 7,5 12,5 2,0 0,350 1,84818 20 7,5 5,0 0,440 1,30219 20 12,5 1,0 1,450 0,42320 7,5 12,5 1,0 0,350 1,317

Los resultados marcan la tendencia en cuanto al consumo de energía enelsistema,ymuestranquelosfactoresqueinfluyenenelconsumoespecíficodeenergíasonlacargadequinuatratada(diámetroyal-turadelecho)yeldiámetrodeboquillaempleado(presiónyflujodeairedeoperación).Seobservóquelasboquillasdediámetromayor(3y4mm.)permitentratarcargasdequinuamayoresconpresionesdeoperaciónbajas(0,8–1,2kgfcm-2)ylasboquillasdediámetropeque-ño(menoresa2mm)requierenpresionesdeoperaciónelevadas(2–3,5 kgfcm-2).Lasboquillasdediámetrode1mm.omenornopuedenromperlechosconcargasdequinuagrandes(diámetrode20cm.yalturas mayores a 12,5 cm.).

LaFigura3muestraelcomportamientodelconsumoespecíficodeenergíaeléctricaenfuncióndeldiámetrodeboquillaparalechosde7,5 cm. y 20 cm. de diámetro. En el LFTS de 7,5 de diámetro (Figura 3a),seobservóqueelconsumoespecíficodeenergíaparalaalturade lecho de 7,5 cm. se incrementa fuertemente con el diámetro de la boquillahasta4mm.Encambio,aunaalturade12,5cm.estadepen-


dencia se hace más suave hasta 3 mm. y los valores del consumo son mayoresqueparaellechodemenoraltura,cuandolasboquillassondediámetropequeño(1y2mm.)ysonmenorescuandolasboquillasson de diámetro mayor (3 y 4 mm.). Esta misma tendencia se aprecia para el lecho de mayor diámetro (Figura 3 b). Sin embargo, los valo-resdeconsumoespecíficosonsubstancialmentemenoresqueparaellecho de menor diámetro, debido a las mayores masas tratadas (440 -1450 g. para el lecho de 7,5 cm. vs. 190 – 350 g para el de 20 cm.): Por otraparte,seobservaqueeldiámetrodeboquillade5mm.nogeneraahorrossignificativosencuantoaconsumoespecíficodeenergía,aúnen el lecho de mayor masa.

(a)

(b)Figura 3- Comportamiento del consumo eléctrico específico en

relación al diámetro de boquilla: (a) Diámetro de lecho = 7,5cm; (b) Diámetro de lecho = 20 cm.

Estastendenciasindicanqueamenoresdiámetrosdeboquilla(me-noresflujosdeaire),mayoresdiámetrosdelechoymayoresalturasde lecho (mayores cargas de quinua), los consumos específicos deenergíaeléctricaseminimizan.Estosresultadosconcuerdanconlosreportadosenelestudioanterior[11].Sinembargo,lasboquillasdediámetromenoroiguala1mm.requierenpresionesderompimientodel lecho estático mayores a 6 kgf cm-2 para alturas de lecho de 12,5 cm.,enlechosdediámetropequeñoynopuedenromperellechoadiámetrosmás grandes. Por otra parte, se ha observado que estasboquillasnopermitenlaremociónhomogéneadesaponinas,gene-rando lechos que se estancan en la región anular descendente [11,12].Ensentidopráctico,estasituacióninfieredificultadesoperativasyrequerimientosdeequiposqueproveanaltaspresionesdeopera-ción a 4 000 m.s.n.m., como los compresores de tornillo de alto precio. Boquillasdemayordiámetro,permitenromperygenerarlechoses-tablesconpresionesbastantemásbajasaflujosdeairemayores,conconsumosespecíficosrelativamentepequeños(VerFigura3b).

3.2. Pruebas de caracterización del lecho

Alaluzdelosresultadosanteriores,seprocedióarealizarpruebasde caracterizaciónde lechopara alturas de lecho entre 12,5 y 17,5cm.,diámetrosdeboquillaentre2y4mm.ydiámetrosdelechoentre7,5 y 20 cm. Las Figuras 4 (a) y (b) muestran la presión de operación requeridaporelsistemaparaestablecerunlechoestableenfunciónde la altura de lecho, para los diámetros de lecho de 7,5 y 20 cm. Se observaquelasboquillasdemenordiámetrorequierenpresionesdeoperación mayores para establecer lechos estables. Además, se obser-vaquelapresióndeoperaciónaumentaenfuncióndelaalturadelechoy,enelcasodelasboquillasde3y4mm.,esteincrementoesmenorcomparadoalincrementoobservadoenlaboquillade2mm.

Estosresultadossepodríanexplicar,enparte,porlascaídasdepre-siónmayoresqueseocasionanconlamayorreduccióndeldiámetro

enelcasode laboquillade2mm.(eldiámetro internode laman-gueradegomaesdeaproximadamente8mm.).Porotraparte,enellecho de 7,5 cm. de diámetro, la velocidad de incremento de la pre-sióndeoperaciónconlasalturasdelecho,esmenorquelavelocidadde incremento correspondiente al lecho de 20 cm. Estos resultados sugierenque,elaportedelacaídadepresiónenlaboquillaalacaídadepresiónglobal(principalmente,caídadepresiónhastalaboquilla+ caída de presión en el lecho) es más importante en el caso del lecho de diámetro menor, debido al menor recorrido del aire en dirección lateral. En lechos de diámetro mayor el aporte de la caída de presión enellechosehacemássignificativo.

(a)

(b)Figura 4 - Presión de operación en función de la altura de lecho: (a)

D =7,5 cm; (b) D = 20 cm

LaFigura5muestraelcomportamientodelflujodeoperación,expresa-docomoflujoestándar(calculadoa1atmy25ºC)enfunciónalaalturadelecho.Lasboquillasdediámetromayorrequierenmayoresflujosdeoperaciónparagenerarlechosestablesyseobservaqueamedidaquelaalturadelechoaumentaelflujodeoperacióntambiénlohace.

(a)

(b)Figura 5 - Flujo estándar en función de la altura de lecho: (a) D =7,5

cm; (b) D = 20 cm.


3.3. Determinación de condiciones óptimas

Se realizaron pruebas de laboratorio, para determinar los valoresóptimosde las variables independientespropuestas, quepermitandisminuirelconsumodeenergíaenelsistemadebeneficiadoensecosin comprometer la calidad nutricional del producto generado. Las pruebasserealizaronporseparadoparacadareactor.

Determinación de la altura de lecho óptima

Para determinar la altura de lecho óptima, se calculó la potencia re-queridaporelsistemaparatratarlechosdedistintasalturas,sobrelabasedelosflujosestándarrequeridosylaspresionesregistradasen cada caso. La Figura 6 muestra la relación entre las potencias requeridasy lasalturasde lecho,para losdosdiámetrosde lechoestudiados.

(a)

(b)Figura 6- Potencia específica requerida en función de la altura de

lecho. (a) D =7,5 cm; (b) D = 20 cm.

Los resultadosmuestranque,en losdoscasos,paracualquierdiá-metrodeboquilla,lapotenciaespecíficarequeridaesmenorparaellecho de altura de 12,5 centímetros. Este comportamiento se debe a queloslechosdealturamayora12,5cm.requierenpresionesyflujosdeoperaciónaltos,ytienenaserinestables.Sibienlacargadequinuaseincrementa,esteaumentonoestansignificativocomoelaumentodelapresiónyflujorequeridosparagenerarlafluidización.Porotraparte,paraellechode20cm.,laspotenciasrequeridasparacadaal-turadelechosonmásbajasqueparaellechode7,5cm.

3.4. Evaluación de la remoción de saponinas

Elcontenidodesaponinaresidualenlasmuestrasdequinuatrata-das, se evaluó mediante el método de la espuma descrito en la norma bolivianaNB683.Seconstruyólacurvadelcontenidodesaponinaresidualenfuncióndeltiempoparadistintosdiámetrosdeboquillapara lechos de diámetro de 7,5 cm. y 20 cm. y una altura de lecho definidade12,5cm.LaFigura7muestraelcomportamientodelaci-néticaderemocióndesaponinasparalaquinuarealBlancadeUyunipara ambos diámetros de lecho. En el lecho de menor diámetro, se observaquelasboquillasdemenordiámetroremuevenlassaponinasdelgranoconmayorrapidez,portantoserequierenmenorestiem-posdeoperaciónparaalcanzarelvalorreferencialregistradoporelCPTS(0,01%saponinaresidual).Lasboquillasdediámetrode3y4milímetros requierenun tiempode tratamientomuchomayora30minutos para generar granos con porcentajes de 0,01 % de saponina

residual. En cambio, en el lecho de mayor diámetro, las velocidades deremocióndesaponinasnodifierenmuchoconeldiámetrodelaboquilla.Sinembargo,todasrequierentiemposunpocomayoresde60 min. para llegar al valor referencial de 0,01 %.

(a)

(b)Figura 7- Contenido de saponina residual en función del tiempo de

tratamiento. (a) D =7,5 cm; (b) D = 20 cm.

3.5. Evaluación de la pérdida de masa

LaFigura 8muestra el comportamientode lapérdidademasa enfunciónaltiempoparadistintosdiámetrosdeboquilla,paralosle-chos de 7,5 y 20 cm. de diámetro.

(a)

(b)Figura 8- Comportamiento de la pérdida de masa en función al

tiempo de tratamiento: (a) D=7,5 cm) y (b) D = 20 cm.


Enformageneral,seobservaquelapérdidaesmenorparadiáme-trosdeboquillamayores,estosedebeaqueenestasboquillaslasvelocidades lineales de aire al ingreso del surtidor son menores, lo cualreduceeldesgastedelgranodequinuaduranteelprocesodedesaponificación.Enellechode20cm.yboquillasdediámetrode3y4mm.,laspérdidasalcanzanunvalorde4,8%y4,2%,respectiva-mente, incluso a los 60 min. de tiempo, en el cual los porcentajes de saponinaresidualseaproximanalvalorreferencialde0,01%.Estosvalores son mucho menores a los registrados en la bibliografía [11], para condiciones óptimas, donde las pérdidas de masa ascienden a 7,2 %.

3.6. Evaluación del consumo de energía

LaFigura9muestraelconsumoespecíficodeenergíaenfuncióndeltiempo de proceso, para los dos diámetros de lecho. El consumo fue calculadocomoelproductodelapotenciarequeridaporeltiempodeproceso.Sepuedeobservarqueenelcasodelreactorpequeño,labo-quillade4mm.eslaqueconsumemenosenergíahastalos30mm.Encambio,enelreactordemayortamaño,laboquillade3mm.consu-memenorenergíaalcanzandolosmismosvaloresquelaboquillaan-terior,peroentiemposde60min.Engeneral,elconsumoespecíficode energía en el reactor de 20 cm. de diámetro es menor al registrado enelreactorpequeño,debido,principalmente,aladiferenciaentrelacargadequinuaquesepuedetratar(1450gramosfrentea350gramosparaelreactorpequeño).Eltiempodetratamientoesmayorperonoinfluyeenmayormedidaquelacargadequinuatratada.

Considerando la remoción de saponinas, Figura 9, el consumo espe-cíficodeenergíaparalograrunporcentajedesaponinaresidualde0,01%enel reactorpequeñoesdeaproximadamente0,3kWhkg-1, conunaboquillade1,4mm.enuntiempode25min.Encambio,enelreactorgrande,elconsumoespecíficodeenergía,paralograresosvaloresdesaponinaresidual,esdeaproximadamente0,23kWhkg-1 enuntiempode60min.yconunaboquillade3mm.

Figura 9 - Consumo específico de energía en función del tiempo de proceso: (a) D=7,5 cm) y (b) D = 20 cm.

4. ConclusionesSeharealizadounestudioaniveldelaboratorioconelpropósitodereducir el consumo de energía por unidad de masa para el proceso deremociónsecadesaponinasquesellevaacaboenunlechoflui-dizadodetiposurtidor.Tambiénsehasimuladoconéxito lacaídadepresióndeaireque sucedeenel sistema.Las conclusionesmásimportantes son:

Losfactoresqueincidenmáspreponderantementeenelconsumodeenergíaespecíficoson:eldiámetrodelaboquilla,eldiámetrodele-cho, el tiempo de proceso y la altura de lecho, en ese orden.

Amayoresdiámetrosdeboquilla,senecesitanmayorestiemposdeproceso para la remoción de saponinas hasta el 0,01% de concentra-ción.

Paracualquierdiámetroyalturadelecho,laspérdidasdemasasonmenorescuandoseutilizanboquillasdediámetromayor.

Para un diámetro de lecho de 20 cm., la altura de lecho estático y el diámetrodeboquillamás convenientes son12,5 cm.y 3mm., res-pectivamente,yun tiempode60min. aproximadamente,paraob-tener granos de 0,01 % de concentración de saponinas, lográndose elmenorconsumoespecíficodeenergía(0,23kWhkg-1). Este valor essignificativamentemenoralobtenidoenlascondicionesóptimasestablecidas en el estudio anterior [11] de 0,37 kWh kg-1.

Las pérdidas de masa en las condiciones anteriores son menores al 5 %(valorconsideradocomúnenlosprocesosconvencionalesporvíacombinada).

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[11] Escalera R., Quiroga C. y Arteaga L., Desarrollo y Desempeño de unprocesodebeneficiadoensecodevariedadesamargasdequi-nuabasadoenlaaplicacióndeunlechofluidizadodetiposurtidor(LFTS), Investigación y Desarrollo, vol. 1, no. 10, pp. 5-22, 2010.

[12] Quiroga C., Escalera R., Evaluación de la calidad nutricional y morfolo-gía del grano de variedades amargas de quinua beneficiadas en seco, mediante el novedoso empleo de un reactor de lecho fluidizado de tipo surtidor, Investiga-ción & Desarrollo, No. 10, pp. 23-36, 2010.

[13]InstitutoBolivianodeNormalizaciónyCalidad,IBNORCA(1996).NormaBolivianaNB683,Cereales–Quinuaengrano–Determinacióndel contenido de saponinas – Método de le espuma.

[14] Subieta C., Quiroga C. y Escalera R., Optimización del contenido de saponinas en el polvo proveniente del proceso de remoción LFTS, Investigación & Desarrollo No 11, pág. 20-36, 2011.

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