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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 13. Moagem A moagem é uma operação unitária de fragmentação ou redução de tamanho, onde o tamanho dos sólidos é reduzido pela aplicação de forças mecânicas de impacto, compressão e abrasão. O tamanho das partículas pode ser variado, mas em algumas ocasiões é necessário que elas tenham o mesmo tamanho. A moagem é uma operação unitária freqüentemente utilizada com grãos, para reduzi-los a farinha ou pó. Em cereais, implica na eliminação do pericarpo, das cascas da semente, da epiderme nuclear e da camada do aleuroma. Geralmente se elimina o gérmen por ser relativamente rico em óleo, o qual provoca o ranço do cereal, diminuindo a sua qualidade. A trituração ou moagem pode ser considerada muito ineficaz do ponto de vista energético. Somente uma pequena parte da energia é empregada realmente para a ruptura ou fragmentação do sólido. A maior parte se dirige para a deformação desse sólido e a criação de novas linhas de sensibilidade que pode produzir a ruptura sucessiva dos fragmentos. O resto da energia se dissipa em forma de calor. a). Objetivos: • Aumento da relação superfície/volume, aumentando, com isso, a eficiência de operações posteriores, como extração, aquecimento, resfriamento, desidratação, etc. • Uniformidade do tamanho das partículas do produto, auxiliando na homogeneização de produtos em pó ou na solubilização dos mesmos (exemplo: sopas desidratadas, preparados para bolos, achocolatados, etc.). • Em alguns casos, a moagem não tem como objetivo a redução do tamanho de partículas. A moagem de cana para fabricação de aguardente, por exemplo, tem a finalidade de extrair o caldo da cana. • Reduzir o tempo de secagem de sólidos úmidos; b). Etapas necessárias para redução granulométrica: • A quantidade de equipamentos e os meios de separação variam de acordo com a alimentação e a granulométrica do produto desejado; • Para a trituração de materiais grossos até o tamanho de pó, serão necessárias várias etapas; • Na operação de moagem é necessário que cada partícula se rompa com o contato de outras partículas ou por ação direta das partes móveis do equipamento; UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 • Quanto maior for o número de partículas, maior será o número de contatos necessários no equipamento; • Quanto maior for o número de contatos, menor será o tamanho das partículas. Na redução do tamanho das partículas são empregados alguns princípios e forças: Força Princípio Equipamento Compressão Compressão Rolos trituradores Impacto Impacto Moinhos de martelo Cisalhamento Esmagamento Moinho de discos c). Características para a seleção dos equipamentos: Produtos mais duros: • Mais difíceis de moer; • Necessidade de mais energia; • Maior tempo de retenção na zona de ação; • Resulta em menor produção; • Necessita de aumentar o volume do moinho para a mesma produção; • Desgaste maior da superfície de trabalho; • Reduzir a velocidade de movimentação para reduzir o desgaste. Estrutura mecânica da matéria inicial: • Estrutura cristalina: ruptura dos planos de união por compressão; • Havendo poucos pontos de união as forças de impacto e cisalhamento são mais eficientes; • Estrutura fibrosa não pode ser desintegrada por compressão ou impacto, sendo necessário desfiá-las ou cortá-las; Umidade: • Maior que 2 a 4%: reduz a eficiência da moagem podendo ocorrer aglomeração o que é indesejável para a obtenção de produtos finos ou em pó; • Moagem à seco: aparecimento de doenças respiratórias nos funcionários; são inflamáveis; • Em alguns casos a água é utilizada para facilitar a presença de partículas sólidas na zona de ação, em forma de pasta. Exemplo à trituração de milho. UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 Sensibilidade à temperatura: • A moagem promove um aumento na temperatura dos produtos processados podendo ocasionar degradação dos mesmos; • O aumento da temperatura leva a uma fusão das substancias e a saturação do moinho acarreta uma redução da eficiência do processo; • Necessidade de recorrer os dispositivos de refrigeração como camisas ou serpentinas na zona de ação. d). Equipamentos para moagem Entre os equipamentos estão: moinho de discos (disco único e disco duplo), moinho de rolos, moinhos de facas, moinhos de martelos, moinhos de pedras, moinho de gravidade, moinho de barras, trituradores de mandíbulas e moinho de bolas. 1. Moinho de rolos: • As partículas da carga são arrastadas entre os rolos, sofrendo uma força de compressão que as tritura; • Dois ou mais cilindros pesados giram em direções contrárias, a velocidades iguais ou diferentes. Partículas na alimentação são submetidas a forças de compressão • Mais utilizado na moagem de cereais em uso caseiro, fornece um produto de textura mais uniforme. • A distância entre os rolos, que giram em sentidos opostos, é regulável e deve ser ajustada às condições da matéria prima, da torrefação e do próprio sistema de extração. • Exemplo: moagem intermediária em engenho de trigo e refino de chocolate. Em outros casos a superfície dos rolos pode ser estriada para facilitar a fricção e a separação. 2. Moinho de Martelo: • Consiste em um eixo giratório de grande velocidade com um colar de martelos na periferia; • Um rotor de alta velocidade gira no interior de uma capa cilíndrica. No exterior do rotor é acoplada uma série de martelos nos pontos de articulação. O material se rompe pelo impacto dos martelos e se pulveriza ao passar por uma esteira na abertura entre os martelos e a capa. UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 • Produzem um material mais fino que o moinho de rolos. • Podem ser considerados moinhos para uso geral, já que são capazes de triturar sólidos cristalinos duros, produtos fibrosos, substancias vegetais, produtos untosos. • Muito utilizado para moer pimenta e especiarias, leite desidratado, açúcares, etc. 3. Moinho de facas: É utilizado especificamente para operação de redução de tamanho em formas de cubos, fatias e tiras dos alimentos. Os equipamentos utilizados para esta operação são chamados de cubetadoras e, possui uma série de facas circulares, em forma de L e serrilhadas, que dão a forma desejada ao produto final. Este tipo de equipamento é bastante utilizado para queijos, e legumes em geral. 4. Moinho de Disco: • A alimentação passa por uma divisão estreita, que existe entre um disco estriado que gira e a armadura estacionária do moinho; • A ação cisalhante promove a trituração da carga; • A divisão pode variar segundo o tamanho da matéria-prima e as exigências do produto acabado. • Geralmente usado para moagem de granulação fina, são pequenos e de difícil regulagem. São os mais comuns no Brasil. 4.1 Moinho de Disco Duplo • A armadura contém dois discos que giram em direções opostas proporcionando um grau maior de maior de cisalhamento que nos moinhos de disco único; • Disco com estrias facilitam a desintegração; • É utilizado para a preparação de cereais e moagem de arroz e mandioca; UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 5. Moinho de Pedra • Moinho de esmagamento com disco de pedra; • Monta-se sobre um eixo duas pedras circulares; • A parte superior é fixa e tem uma boca de entrada de carga; • A parte inferior gira; • A carga passa pelo espaço entre aspedras; • Os produtos sofrem a ação de uma força de cisalhamento; • Os produtos saem na lateral da pedra inferior; • Máquinas modernas utilizam aço; • Utilizados em moagem úmida de mandioca para separar o glúten e amido da casca; ou moagem de farinha. 6. Moinhos de Bolas: • O equipamento é formado por um cilindro giratório horizontal que se move à baixa velocidade carregada com bolas de aço, ferro ou porcelana; • A redução de tamanho é feita pela ação do impacto e da fricção das bolas ao girar o moinho. • Quando o cilindro gira as bolas caem sobre os produtos a serem triturados produzindo o cisalhamento da matéria-prima; • Bolas maiores: maior impacto • Bolas menores: maior contato; • Velocidades baixas: forças de cisalhamento; • Velocidades elevadas: forças de impacto; • Quando a velocidade de rotação é muito elevada o processo de moagem desaparece. 6.1 Moinho de bolas vibratório: • O meio triturador vibra; • As forças de cisalhamento são mínimas; • As forças de impacto são as realmente eficazes. UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 7. Moinho coloidal: A aplicação principal do moinho coloidal é a trituração de produtos em suspensão, emulsões extremamente viscosas (margarina, maionese). No moinho coloidal, os ingredientes da mistura são forçados a passar através de uma válvula com ranhuras muito estreita. Esta válvula é composta de uma parte fixa e outra giratória que é o rotor, e ocorre a dispersão em toda a mistura. O intervalo entre o estator e o rotor é ajustável, conforme a necessidade do processo em relação a dispersão (emulsão) desejada do produto final. e). Tipos de moagem: 1. Moagem em circuito aberto • Não é necessária a presença de um sistema de classificação auxiliar; • O capital investido é baixo; • O material é alimentado ao equipamento e passa uma única vez pela máquina, sendo retirado do circuito após a moagem. • Grande diversificação no tamanho das partículas; • Métodos mais simples de se operar com a moagem. • Possibilidade de resultar em um número muito elevado de partículas grandes (passam mais rapidamente pelo moinho porque é puxada com maior força pela gravidade). Exemplo: Trituradores de mandíbulas: A alimentação passa entre duas mandíbulas pesadas. O material vai passando lentamente por um espaço cada vez menor, triturando-se ao deslocar-se. 2. Moagem em circuito fechado • O produto bruto passa por uma separação; os grãos finos constituem o produto, os grãos grossos retornam ao equipamento para outra moagem. • Custo inicial mais elevado, mas o consumo de energia por tonelada de produto é menor e evita-se a produção de quantidade exagerada de finos, minimizando a poluição e a perda de material processado; OPERAÇÕES UNITÁRIAS • Tempo de retenção na zona de ação é curto; • Podem ser levadas as zonas de ação por gravidade ou com auxilio de uma corrente de ar ou água; • O moinho trabalha com partículas maiores. 3. Moagem úmido A carga é moída em forma de suspensão em uma corrente liquida Vantagens: • Eliminação dos problemas com pós; • Possibilidade de extração de um componente solúvel em água e posterior recuperação por evaporação; • Produz partículas menores que na moagem a seco sendo usada na moagem ultrafina Desvantagens: • É pouco econômica; • Desgasta mais facilmente o moinho. f). Métodos e medidas de dimensões de partículas O método mais utilizado são as peneiras padronizadas: • O sólido é colocado no topo de uma série de peneiras; • Cada peneira tem aberturas menores que as da anterior; • Quando as peneiras são ag atingida uma que tenha a abertura muito pequena para as partículas passarem; • O tamanho das partículas coletadas em qualquer peneira é expresso como um comprimento médio apropriado entre as aberturas da peneira da peneira coletora. Medição real das partículas e posterior levantamento estatísti UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS Milla Gabriela dos Santos 2011/01 Tempo de retenção na zona de ação é curto; as as zonas de ação por gravidade ou com auxilio de uma corrente de ar O moinho trabalha com partículas maiores. A carga é moída em forma de suspensão em uma corrente liquida freqüentemente dos problemas com pós; Possibilidade de extração de um componente solúvel em água e posterior recuperação por Produz partículas menores que na moagem a seco sendo usada na moagem ultrafina mente o moinho. Métodos e medidas de dimensões de partículas O método mais utilizado são as peneiras padronizadas: O sólido é colocado no topo de uma série de peneiras; Cada peneira tem aberturas menores que as da anterior; Quando as peneiras são agitadas, as partículas passam através das malhas até que seja atingida uma que tenha a abertura muito pequena para as partículas passarem; O tamanho das partículas coletadas em qualquer peneira é expresso como um comprimento médio apropriado entre as aberturas da peneira imediatamente Medição real das partículas e posterior levantamento estatístico. as as zonas de ação por gravidade ou com auxilio de uma corrente de ar freqüentemente a água. Possibilidade de extração de um componente solúvel em água e posterior recuperação por Produz partículas menores que na moagem a seco sendo usada na moagem ultrafina; itadas, as partículas passam através das malhas até que seja atingida uma que tenha a abertura muito pequena para as partículas passarem; O tamanho das partículas coletadas em qualquer peneira é expresso como um nte anterior e a abertura
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