Operaciones Unitarias 2

GUIA 1:

1) Apoyándose en su CEAPS Identifique y clasifique las operaciones unitarias más Comunes aplicadas en la transformación física de los alimentos (reducción de Tamaño, despulpado, tamizado, sedimentación, filtración, mezcla, cristalización, Homogenización, Centrifugación) .además realice un cuadro comparativo donde Represente los diferentes tipos de equipos usados en cada operación.

Operaciones unitarias Una operación unitaria puede definirse como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas y ocurre una función determinada, son actividades básicas que forman parte del proceso. Por ejemplo, la producción de pulpa o el descortezado en una fábrica de papel, o la destilación en un proceso de elaboración de productos químicos. Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos que se Ilevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todos ellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos son específicas del proceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales para varios procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguiente secuencia: 1.- Materias Primas 2.- Operaciones físicas de acondicionamiento 3.- Reacciones químicas 4.- Operaciones físicas de separación 5.- Productos Cada una de estas operaciones es una operación unitaria. Este concepto fue introducido en 1915 por el profesor Little, del Massachussets Institute of. Technology (M.I.T). La definición dada entonces, fue la siguiente: "... todo proceso químico conducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que pudieran Ilamarse OPERACIONES UNITARIAS, como pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación, destilación... El número de estas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de ellas intervienen en un proceso determinado."

Reducción de Tamaño 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. La compresión se usa para reducir sólidos duros a tamaños más o menos grandes. El impacto produce tamaños gruesos, medianos y finos, la

frotación o cizalla, produce partículas finas y el cortado se usa para obtener tamaños prefijados.

Los fines de la reducción de tamaño es muy importante en la industria por las siguientes razones: 1. Facilita la extracción de un constituyente deseado que se encuentre dentro de la estructura del sólido, como la obtención de harina a partir de granos y jarabe a partir de la caña de azúcar. 2. Se pueden obtener partículas de tamaño determinado cumpliendo con un requerimiento específico del alimento, como ejemplo la azúcar para helados, preparación de especies y refino del chocolate. 3. Aumento de la relación superficie-volumen incrementando, la velocidad de calentamiento o de enfriamiento, la velocidad de extracción de un soluto deseado, etc. 4. Si el tamaño de partículas de los productos a mezclarse es homogéneo y de tamaño más pequeño que el original, la mezcla se realiza más fácil y rápido, como sucede en la producción de formulaciones, sopas empaquetadas, mezclas dulces, entre otros.

MAQUINARIA UTILIZADA EN LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO El siguiente cuadro muestra el tipo de alimento (fibrosos o pulpas y alimentos particulados secos) en el que se emplean diferentes maquinarias y el tamaño de partículas obtenido con cada uno.

Maquinaria utilizada para la Reducción de Tamaño.

Maquina

Tipo de Producto 1

2

Tamaño de Partícula

3

4

5

a

Rebanadoras

X

x

x

x

Formadoras de Cubos

X

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

Ralladoras Cortadoras de Taza

X

b

c

d

x x

Preaplastadora

x

Molino de Martillo

x

Molino de Impacto Fino

x

x

Molino clasificador

x

x

x

Molino de Chorro de Aire

x

x

x

Molino de Bola

X X

Molino de Disco

x

Molino de Rodillo

x

Formadores de Pulpa

X

x

x

x x

x

x

x

x

x

x

x

Entre los equipos de reducción de tamaño se tienen los: Molino de Bolas o cilindros: consiste en un cilindro de acero lleno hasta la mitad con bolas o cilindros de acero y para ejercer su efecto reductor se le aplica un lento movimiento rotacional. A bajas velocidades y con bolas pequeñas la forma de reducir tamaño que predomina es la de cizalla (frotamiento) y al utilizar bolas grandes o el cilindro gira a altas velocidades predomina la de impacto. Molino de Martillos: es una cámara cilíndrica cubierta con una plancha perforada de acero que en su interior tiene un rotor con una serie de vástagos pegados a su eje (martillos) que giran a gran velocidad. La fuerza principalmente utilizada es la de impacto al ser golpeado e impulsado contra la plancha de acero.

Molino de Rodillo: constituido por dos o más rodillos de acero paralelos entre sí y girando concéntricos impulsando al alimento a pasar por el espacio entre ellos. La principal fuerza ejercida es la de compresión. .

Triturador de Mandíbula: constituido por dos placas de acero donde una es móvil y la otra fija. Se utiliza para la trituración de partículas de gran tamaño, a tamaño mediano y fino. Trabaja con la compresión y la frotación.

DESPULPADO Es la operación en la que se logra la separación de la pulpa de los demás residuos como las semillas, cáscaras y otros. El principio en que se basa es el de hacer pasar la pulpa-semilla a través de una malla. Esto se logra por el impulso que comunica a la masa pulpasemilla, un conjunto de paletas (2 o 4) unidas a un eje que gira a velocidad fija o variable. La fuerza centrífuga de giro de las paletas lleva a la masa contra la malla y allí es arrastrada logrando que el fluido pase a través de los orificios la malla. Es el mismo efecto que se logra cuando se pasa por un colador una mezcla de pulpasemilla que antes ha sido licuada. Aquí las mallas son el colador y las paletas es la cuchara que repasa la pulpasemilla contra la malla del colador.

MAQUINAS

DESPULPADORA DE CAFE

FUNCION Es la operación en la que se logra la separación de la pulpa de los demás residuos como las semillas, cáscaras y otros. El principio en que se basa es el de hacer pasar la pulpa-semilla a través de una malla. Esto se logra por el impulso que comunica a la masa pulpa-semilla, un conjunto de paletas (2 o 4) unidas a un eje que gira a velocidad fija o variable. La fuerza centrífuga de giro de las paletas lleva a la masa contra la malla y allí es arrastrada logrando que el fluido pase a través de los orificios la malla. Es el mismo efecto que se logra cuando se pasa por un colador una mezcla de pulpa-semilla que antes ha sido licuada. Aquí las mallas son el colador y las paletas es la cuchara que repasa la pulpasemilla contra la malla del colador.

DESPULPADORA DE FRUTAS

DESPULPADORA DE VERDURAS

Se emplean diferentes tipos de despulpadoras; las hay verticales y horizontales; con cortadoras y refinadoras incorporadas; de diferentes potencias y rendimientos. Es importante que todas las piezas de la máquina que entran en contacto con la fruta sean en acero inoxidable. Las paletas son metálicas, de fibra o caucho. También se emplean cepillos de nylon. Durante el despulpado en este tipo de máquinas también se causa demasiada aireación de la pulpa, con los efectos negativos de oxidaciones, formación de espuma y favorecimiento del cambios de color y sabor en ciertas pulpas. El proceso de despulpado se inicia introduciendo la fruta entera en la despulpadora perfectamente higienizada. Solo algunas frutas, como la mora, guayaba o fresa, permiten esta adición directa. Las demás exigen una adecuación como pelado

(guanábana), corte y separación de la pulpasemilla de la cáscara (maracuyá). Ablandamiento por escaldado (tomate de árbol). La máquina arroja por un orificio los residuos como semilla, cáscaras y otros materiales duros que no pudieron pasar por entre los orificios de la malla.

Los residuos pueden salir impregnados aún de pulpa, por lo que se acostumbra a repasar estos residuos. Estos se puden mezclar con un poco de agua o de la misma pulpa que ya ha salido, para así incrementar el rendimiento en pulpa. Esto se ve cuando el nuevo residuo sale mas seco y se aumenta la cantidad de pulpa. Se recomienda exponer lo menos posible la pulpa al medio ambiente. Esto se logra si inmediatamente se obtiene la pulpa, se cubre, o se la envía por tubería desde la salida de la despulpadora hasta un tanque de almacenamiento.

TAMIZADO

MAQUINARIA

FUNCION

El tamizado es un mecanismo de filtración de aire en el que las partículas de un diámetro superior a la distancia libre entre dos fibras no pueden pasar. La partícula es retenida y no puede ir más lejos en la media filtrante. El tamizado es un mecanismo que detiene las partículas gruesas.

TAMIZADORA DE TRIGO

TAMIZADORA DE FRUTAS

TAMIZADORA DE CAFE

Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños por un tamiz o colador. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo. Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos, como piedras y arena, en la cual la arena atravesará el tamiz y las piedras quedaran retenidas. Los orificios del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas que contenga la mezcla. función es separar el bagazo y la semilla que pudo haber sido arrastrada por el jugo

SEDIMENTACION

MAQUINARIA

FUNCION

La sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia en suspensión en flóculo bilógico en los decantadores secundarios en los procesos de fango activado, tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química, y para la concentración de sólidos en los espesadores de fango

MAQUINA SEDIMENTADORA

SEDIMENTADORA TUBULAR

consiste en un tubo sólido fechado en ambas extremidades, que normalmente alimentado líquidos de densidades diferentes,

Decantadores consiste En dos elementos giratorios concéntricos horizontales

SEDIMENTADORA DECANTADORA

FILTRACION

MAQUINARIA Filtración de vinos y almacenaje

La filtración es una técnica, proceso tecnológico u operación unitaria de separación, por la cual se hace pasar una mezcla de sólidos y fluidos, gas o líquido, a través de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene de la mayor parte de él o de los componentes sólidos de la mezcla.

FUNCION La filtración de vino. Consiste en unos nuevos filtros fabricados con fibras de celulosa, obtenidas de materias primas regenerables y ecológicas, que tras su uso pueden utilizarse para compost. Su elevada pureza garantiza que el vino que debe filtrarse no queda alterado, mientras su composición y estructura reducen el goteo hasta en un 95 por ciento. Con estos filtros, y en comparación con las placas de filtrado en profundidad convencionales, es posible reducir hasta en un 50 por ciento el volumen de preenjuague y de retorno, con la economía de recursos que ello representa.

SISTEMA PARA PRODUCCION DE AIRE ESTERIL

Este aire estéril puede ser usado para crear condiciones asépticas en tanques presurisados, tanques abiertos o maquinas de llenado aséptico. Disponible en 8 modelos, el P-SLF ha sido diseñado especialmente para la industria de alimentos para el suministro de aire estéril en maduración, embotellado, enlatado y líneas de empaque.

Objetivos pedagógicos Filtración sobre soporte

MEZCLA

MAQUINARIA

FUNCION

BATIDORA INDUSTRIAL LP 50

Batir, mezclar y amasar cualquier producto de panadería, pastelería, repostería, etc.

Mezcladora tridimensional SBH

Mezcla es materia formada al juntar dos o más materiales iguales cuando suceda una reacción química (los objetos no se unen entre sí). Aunque no hay cambios químicos en una mezcla, las propiedades químicas de una mezcla, tales como su punto de lafic, pueden diferir de las de sus componentes. Las mezclas pueden ser separadas usualmente en sus componentes originales por métodos mecánicos.

SISTEMA DE MEZCLA POLVO LIQUIDO

Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

CRISTALIZACION

MAQUINARIA

Aplicaciones de la mezcladora tridimensional SBH: La mezcladora de alta eficacia SBH se aplica a la mezcla de polvos secos y materiales granulares de diferentes densidades y granularidades y también se usa para las industrias de farmacia, química y alimentos, etc. La máquina aprovecha el impulso alternativo para mezclar constantemente los materiales y al mismo tiempo un buen efecto de productos. Esta máquina mezcladora es de bajo ruido, funcionamiento estable, carga alta y poco tiempo de mezcla, etc.

FUNCION

Es el proceso por el cual se forma un sólido cristalino, ya sea a partir de un gas, un líquido o una disolución. La cristalización es un proceso que se emplea en química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida. Se han desarrollado diferentes técnicas al respecto: Enfriamiento de una disolución de concentración baja [editar]

La cristalización es una operación que consiste en obtener sólidos en

HOMOGENIZACION Es un término empleado en muchos campos tales como la Química, Ciencias agrícolas, Tecnología de los Alimentos, sociología y biología celular. La homogeneización es un término que connota un proceso por el que se hace que una mezcla presente las mismas propiedades en toda la sustancia, por regla general en la tecnología de los alimentos se entiende que se realiza una mejora en la calidad final del producto. Química: En química se denomina así a una operación intensiva de mezclado de diferentes fases insolubles (a veces con la inclusión de una sustancia tensoactiva) con el objeto de obtener una suspensión soluble o emulsión.

MAQUINARIA

FUNCION

Planta de pasteurizacion y homogenización El principio de trabajo de este pasteurizador es constituído de esta forma: en cuanto en un tanque ya existe caldo pasteurizado, en el otro ocurre la Homogenización y enfriamiento hasta 4º C. El contenido de esta tina será entonces enviado a través del intercambiador de calor a placas. De esta forma siempre existirá una tina pasteurizada siendo drenada y otra en proceso.

En Ciencia: •

•

Ciencia

Homogéneo — una mezcla uniforme de las sustancias con similares fases. Heterogéneo — una mezcla homogénea de sustancias con . de

los

Agregar el fermento destinado para el volumen de leche, estimado y agitar hasta mezclar bien.

alimentos: en la ciencia de los alimentos una de las más viejas aplicaciones de la homogeneización es en la manufactura y procesado de la leche, donde se intenta realizar un proceso que retrase la separación natural de la crema del resto de la emulsión.

Los homogenizadores de laboratorio de alta presión son ideales para ser utilizados en instalaciones de investigación y desarrollo donde la formulación de producto y la simulación de proceso son las herramientas básicas para la competencia industrial.

Homogenización de la leche: Artículo principal: Homogeneización de la leche La leche cruda suele tener ciertas cantidades de grasa que aparece en la superficie, separándose del resto de la masa de líquido. Homogenización en este caso es el proceso de romper la grasa en pequeñas partículas de tamaño, de tal forma que no se separen en el futuro de la masa de líquido. Esta operación se realiza sometiendo a la leche a gran presión (entre 150-300 bares) para que fluya por diminutos orificios (generalmente de diámetro de 10 a 30 µm). La estabilidad obtenida evita que la grasa se separe del resto de los componentes y pueda ascender hacia la superficie por su menor peso y su menor densidad vuelven a la leche muy desagradable al olfato y crea una capa amarillenta media verdosa parecida a la

La solución de humidificar la pasta de los polvos molidos (Humidificadora MS2000) antes de la humidificación y mezclado (Mezclador Humidificador MS) produjo una significativa evolución en la preparación de las pastas.

contextura de un moco acuoso. Homogenización los helados:

de

La homogenización cuando se realiza en los helados, incrementa la viscosidad y cuerpo de la masa y produce un mejor aspecto de la mezcla helada de cara al consumo.

CENTRIFUGACION

Es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad. Este es uno de los principios en los que se basa la densidad: Todas las partículas, por poseer masa, se ven afectadas por cualquier fuerza (origen de una aceleración). La centrifugación impone, gracias a la aceleración centrífuga, un efecto parecido al gravitacional: Las partículas experimentan una aceleración que las obliga a sedimentar. La centrifugación puede dividirse en primera instancia en dos grandes grupos: La preparativa y la analítica. En la primera, se obtienen grandes cantidades del material que se desea estudiar, mientras que en la segunda se procede al análisis de las macromoléculas en una ultra centrifugación. Existen diversos métodos de centrifugación y una extensa variedad de técnicas derivadas de esta. donde la fuerza es

MAQUINARIA

FUNCION

Proceso de separación de aceite.

El objetivo de la centrifugación es separar partículas de diferentes características. Para ello, se aplica un fuerte campo centrífugo, con lo cual las partículas tenderán a desplazarse a través del medio en el que se encuentren con la aceleración G.

mayor a la gravedad

Aplicaciones: Las bombas de la serie SIHIISOchem cumplen los requerimientos constructivos de los clientes en la industria de proceso, en las siguientes áreas: química y farmacéutica, petroquímica, papel, plásticos, procesado de alimentos, diseño de plantas y construcción.