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La limpieza de los productos agr�colas es una pr�ctica adoptada hace miles de a�os y que poco ha cambiado desde entonces, pues en la actualidad se utilizan los mismos principios mec�nicos. No obstante que las m�quinas modernas permiten una buena limpieza de los productos, poseen un rendimiento bajo, lo que muchas veces limita la recepci�n de �stos en las grandes unidades de almacenamiento.
En el medio rural, los sistemas de limpieza son bastante rudimentarios; por lo general, las impurezas se separan por medio del viento, utilizando cernidores manuales; ocasionalmente equipos m�s complejos, como m�quinas con sistemas de aspiraci�n de aire y juego de mallas o zarandas. En las unidades almacenadoras o en las grandes propiedades agr�colas, donde se requiere limpiar grandes cantidades de granos, se utilizan m�quinas de limpieza con sistemas de aspiraci�n de aire y zarandas. Estas m�quinas tienen una alta capacidad para una eficiente limpieza, pero su operaci�n es relativamente compleja.
Sistemas y equipos
Existen varios sistemas para la limpieza de los granos. Los m�s utilizados, tanto en peque�as como en grandes propiedades, son:
Limpieza mediante el viento. Uno de los m�todos m�s simples y antiguos de limpiara de granos es aqu�l que utiliza el viento. Este m�todo es muy utilizado en la actualidad por los peque�os productores rurales, que tienen un bajo poder adquisitivo. Este sistema consiste en levantar los granos a una determinada altura, dej�ndolos caer para que el viento separe las impurezas m�s livianas, como polvo, hojas, granos vac�os, etc. Este m�todo de limpieza tiene el inconveniente de que no elimina las impurezas o materias extra�as m�s pesadas, como arena, piedras, terrones etc., que caen junto con los granos (figura 5).
Limpieza con zaranda manual. Este m�todo es el m�s utilizado por los peque�os agricultores. El m�todo consiste en utilizar mallas o zarandas manuales y realizar un movimiento hacia arriba con la zaranda, lanzando el producto al encuentro de la corriente de aire; el viento se encarga de eliminar las impurezas m�s livianas. Enseguida se realiza un movimiento de vibraci�n o vaiv�n de la zaranda, para propiciar que las impurezas menores pasen por los orificios (figura 9).
Figura 8. Limpieza de granos por medio del viento.
Figura 9. Limpieza con zaranda manual.
Las zarandas manuales son muy utilizadas porque permiten la limpieza de peque�as cantidades de productos de manera muy eficiente y pueden ser construidas f�cilmente por los propios agricultores. Estas caracter�sticas permitieron su difusi�n en casi todos los pa�ses del mundo. En Brasil, actualmente la casi totalidad de la cosecha de caf� se limpia mediante las zarandas manuales. La capacidad de limpieza con las zarandas manuales es del orden de 120 a 180 kg por hora de trabajo. Tiene la desventaja de ser una operaci�n de bajo rendimiento y de exigir gran esfuerzo f�sico y habilidad del operador. Por esta raz�n, la t�cnica es penosa y perjudicial para la salud, pues el trabajador permanece en constante contacto con la poluci�n causada por el polvo (figura 10).
Figura 10. Limpieza con zaranda manual suspendida.
Limpieza con ventilador. El uso de ventiladores para la limpieza de los granos est� bastante difundido en algunos pa�ses. Consiste b�sicamente en un ventilador que produce un flujo de aire, el que realiza la separaci�n de las impurezas del producto. Esta separaci�n se efect�a a base de las diferencias de la velocidad terminal de las impurezas y de los granos.
Este sistema de limpieza sirve para eliminar impurezas livianas, tales como polvo, hojas, tallos, ramillas, etc., y se recomienda para la limpieza de ma�z, arroz y frijoles a nivel de peque�os productores. La limpieza se lleva a cabo haciendo pasar una corriente de aire por los granos; las impurezas m�s livianas son lanzadas fuera de la m�quina por la acci�n del aire del ventilador. Cuando el producto contiene muchas impurezas pesadas, como terrones y arena, no es posible con este m�todo realizar una buena limpieza.
El ventilador est� constituido por una caja con forma de caracol, en cuyo interior existe un rotor formado por un conjunto de paletas o aspas dispuestas en c�rculo, que al ser accionadas en forma manual o mec�nica generan una corriente de aire. El producto se coloca en la tolva superior, que es un dep�sito en forma de "V", con una peque�a abertura en la parte inferior, provista de una v�lvula o compuerta mediante la cual se regula la cantidad de producto que entra a la limpiadora. Al pasar el producto por la corriente de aire se separan las impurezas livianas y cae el producto limpio en el colector (figura 11).
Figura 11. Equipo con ventilador para la limpieza de los granos.
Limpieza con mellas cil�ndricas. Las m�quinas de limpieza con mallas cil�ndricas rotativas son muy utilizadas en las grandes haciendas, debido a su gran capacidad para limpiar y porque requieren baja potencia para su funcionamiento. Est�n constituidas b�sicamente por dos mallas cil�ndricas, colocadas una dentro de otra. La malla interior tiene forma de cono, para que los granos se deslicen cuando se opera el equipo a una velocidad m�s baja (figura 12).
Figura 12. Equipo de limpieza con mallas cil�ndricas.
Durante su funcionamiento, los granos entran por la malla interna que posee orificios m�s grandes que los granos, lo que permite que el producto pase y se retengan las impurezas mayores. La malla externa posee orificios menores que retienen los granos y permiten el paso de las impurezas menores. Normalmente, estas m�quinas poseen un sistema que permite sustituir a las mallas, lo que permite la limpieza de diferentes productos.
Limpieza en m�quinas con aire y zarandas. Las m�quinas de limpieza con ventilador y zarandas constituyen el sistema m�s eficiente para la limpieza de los granos. Estas m�quinas se utilizan cuando se requiere una limpieza m�s eficiente del producto. Para separar las impurezas utilizan un ventilador y un conjunto de zarandas (figura 13).
Estas m�quinas pueden ser utilizadas en la operaci�n de pro-limpieza para eliminar parte de las impurezas de los granos, o en la operaci�n de limpieza, despu�s del secado. La diferencia entre m�quinas de limpieza y pro-limpieza est� determinada b�sicamente por la eficiencia de la separaci�n. Las m�quinas de limpieza tienen ventiladores m�s potentes, o un mayor n�mero de zarandas con orificios, cuya dimensi�n se aproxima m�s al tama�o de los granos, lo que permite realizar una limpieza m�s eficiente.
Por lo general, las m�quinas con ventilador y zarandas est�n constituidas por un dep�sito o alimentador, un sistema de aspiraci�n de polvo (que se encuentra a la entrada o salida del producto) un conjunto de zarandas intercambiables y un dispositivo para producir la vibraci�n u oscilaci�n del conjunto de zarandas.
Figura 13. M�quina de limpiara con ventilador y zarandas.
Partes que componen los equipos de limpieza
El conocimiento de las partes que constituyen las m�quinas de aire y zarandas es importante para obtener un buen rendimiento. El operador que conoce la funci�n de cada pieza tendr� m�s seguridad para corregir los defectos y los puntos m�s cr�ticos que influyen en el perfecto funcionamiento del conjunto. El operador debe estar apto en cualquier momento para realizar las reparaciones de las m�quinas cuando sea necesario, y para reponer las piezas da�adas correctamente y con rapidez. Los conocimientos, la buena voluntad y perspicacia del operador son muy importantes para permitir el perfecto funcionamiento de los equipos, sin que existan interrupciones durante su funcionamiento. En general, las m�quinas de aire y zarandas est�n constituidas b�sicamente por:
El alimentador. Los alimentadores de las m�quinas de limpieza tienen la finalidad de regular el flujo del producto que entra a la m�quina y distribuirlo uniformemente sobre la zaranda. Existen varios modelos de alimentadores, que posibilitan una mayor precisi�n de la operaci�n; sin embargo, los m�s complejos encarecen el costo de la m�quina y pueden dificultar su operaci�n y mantenimiento. En el Brasil, con el prop�sito de minimizar los costos de los equipos y facilitar su operaci�n, las industrias utilizan modelos m�s simples que facilitan su mantenimiento y su reparaci�n.
Los alimentadores est�n compuestos generalmente por un dep�sito o caja que recibe el material, un registro para regular el flujo de los granos y un eje con aletas en el fondo del dep�sito para forzar el desplazamiento del material, lo que hace que �ste caiga sobre la malla o zaranda. Algunos alimentadores poseen abajo del registro regulable del alimentador, en el tope de la zaranda superior, una bandeja de distribuci�n con inclinaci�n en sentido contrario a la zaranda, la que distribuye el producto sucio; esto aumenta el rendimiento de la m�quina (figura 14).
Figura 14. Esquema del alimentador de la m�quina de limpieza de aire y zarandas.
Los granos h�medos y sucios reci�n cosechados presentan serios problemas para la limpieza, pues atascan los alimentadores de las limpiadoras, disminuyendo considerablemente su capacidad de procesamiento; por ello es muy importante considerar cuidadosamente el dise�o del alimentador y de la limpiadora en general cuando sea necesario trabajar con granos dif�ciles, como el arroz con c�scara, con un contenido de humedad superior al 22 por ciento.
El sistema de ventilaci�n: El sistema de ventilaci�n es responsable de la eliminaci�n de las impurezas livianas presentes en los productos y �sta se realiza por la acci�n del aire que se genera en el interior de la m�quina. Los sistemas de ventilaci�n est�n formados b�sicamente por:
a) un ventilador
b) una c�mara gravitacional
c) el ducto de succi�n de impurezas.
a) El ventilador. Se utiliza para producir un flujo de aire en el interior de la m�quina, que separa las impurezas livianas del producto. Generalmente, los ventiladores trabajan succionando el aire, como un exhaustos, con lo que se evita la contaminaci�n ambiental causada por el equipo. La extracci�n del aire en el interior de la m�quina forma una corriente que pasa por los granos, eliminando las impurezas del producto. Las impurezas m�s pesadas son eliminadas por los cernidores o zarandas. En algunos tipos de m�quinas, despu�s de pasar los granos por las zarandas se succiona el aire a trav�s del producto para efectuar una limpieza m�s completa.
Las m�quinas de aire y zarandas pueden poseer de uno a cuatro ventiladores, lo que determinar� en gran parte su eficiencia. Cuanto mayor sea el n�mero de ventiladores, mejor ser� la distribuci�n de aire que pasa por el producto, aumentando la eficiencia de la limpieza. Cuando se tienen cuatro ventiladores, normalmente se utilizan dos extractores en la parte superior, que se sit�an despu�s del alimentador, y dos en la parte inferior, que se sit�an despu�s de que el producto pasa por las zarandas (figura 15).
b) y c) C�mara gravitacional y ducto de succi�n de impurezas. El ducto de succi�n de impurezas termina en la entrada de la c�mara gravitacional, que posee un volumen mayor; esto provoca una disminuci�n de la velocidad del aire que transporta las impurezas. Esta disminuci�n del aire hace que las impurezas se sedimenten en el fondo de la c�mara para luego ser descargadas. En el fondo de la c�mara gravitacional est� localizada la v�lvula de descarga de las impurezas, las cuales son eliminadas a medida que se van acumulando. En la entrada de la c�mara se encuentra el registro de aire, que permite regularle la velocidad; �ste debe ser suficiente para extraer �nicamente las impurezas m�s livianas evitando la succi�n de los granos.
Figura 15. Ventilaci�n de la m�quina de limpieza de aire y zarandas.
El conjunto de zarandas. Este tiene por finalidad eliminar las impurezas que quedaron retenidas en el producto despu�s de pasar por la corriente de aire. El conjunto debe estar formado por lo menos por dos zarandas. En la primera, el tama�o de los orificios debe permitir el paso de los granos y retener todas las impurezas mayores que los granos. En la zaranda inferior, el tama�o de los orificios debe permitir �nicamente el paso de las impurezas que son menores que los granos (figura 16).
a) las zarandas y las mallas
b) el sistema de vibraci�n
c) el limpiador de zarandas.
a) Las mallas o zarandas. Las zarandas de las m�quinas de limpieza est�n construidas de l�minas o chapas met�licas perforadas y delgadas. Pueden tambi�n confeccionarse utilizando hilos met�licos, en forma de mallas; estas mallas est�n provistas de un marco o moldura de madera o metal, que facilita su manejo e instalaci�n.
Las zarandas se instalan normalmente con una peque�a inclinaci�n que var�a entre 6 y 12 grados. En algunos casos se instalan en posici�n horizontal, pero deben poseer un mecanismo de vibraci�n similar al de las zarandas inclinadas, para permitir el desplazamiento del producto y un mayor contacto de los granos con las zarandas. Algunas veces es necesario utilizar una tela o un pl�stico para cubrir la zaranda superior y as' evitar que los granos caigan fuera de la zaranda. Los orificios de las zarandas pueden ser redondos, ovalados, triangulares, etc. Las mallas de hilos met�licos poseen orificios de forma rectangular o cuadrada. Se recomienda utilizar la zaranda apropiada para cada tipo de producto que se va a limpiar, para que sus orificios produzcan mejores resultados durante la separaci�n.
Zaranda de orificios redondos. Las zarandas de orificios redondos se utilizan para la separaci�n de materiales en los que predomina la forma esf�rica o redondeada. Para las m�quinas que clasifican los granos se recomiendan las zarandas de orificios redondos, porque realizan la separaci�n sobre la base del ancho de los granos. Las zarandas de orificios redondos se especifican a base de su di�metro en mil�metros fracciones de pulgadas. Cuando las dimensiones se dan en fracciones de pulgada se puede especificar el orificio de la zaranda, considerando el numerador de la fracci�n comprendida entre 6/64 y 80/64 de pulgada. Para orificios con di�metro menor de 6/64 de pulgada se utiliza el valor de la fracci�n completa, o sea numerador y denominador.
Ejemplo: 4,8 mm 12/64"
En raz�n de que 4,8 mm es equivalente a 12/64 pulgadas, este caso corresponder� a una zaranda del n�mero 12.
Zaranda de orificios oblongos. Las zarandas de orificios oblongos generalmente se utilizan en la separaci�n de materiales en los que predomina la forma alargada, por lo que son m�s utilizadas para separar los granos en funci�n de su grosor. Las zarandas de orificios oblongos se especifican tomando la dimensi�n del ancho y la dimensi�n del largo del orificio. Como en el caso anterior, el ancho de los orificios entre 6/64 y 80/64 de pulgada se especifica con el numerador de la fracci�n. Cuando el ancho es inferior a 6/64 de pulgada se utiliza el valor de la fracci�n completa. El largo del orificio est� dado por la fracci�n en pulgadas como 314, 318, 5/6, etc. Por lo tanto, las zarandas de orificios oblongos se denominan como 12 x 3/4", 22 x 1/2", designando primero la dimensi�n del ancho del orificio. Las zarandas o cernidores de orificios oblongos generalmente se instalan con el eje mayor del orificio en la direcci�n del movimiento de los granos, ya que de esta forma se facilita la separaci�n.
Ejemplo 1 - Zaranda: 1,75 x 22 mm
Ejemplo 2 - Zaranda: 5 x 3/4"
Zaranda de orificios triangulares. Las zarandas de orificios triangulares se utilizan m�s para la separaci�n de impurezas que presentan forma triangular, como las semillas de algunas malezas. La especificaci�n de los orificios de las zarandas triangulares se realiza de dos modos. En el primero se pueden designar los orificios por la dimensi�n en mil�metros de uno de los lados del tri�ngulo equil�tero, o en 64 avos de pulgada. En el segundo, se considera el di�metro del c�rculo inscripto en el tri�ngulo, en mil�metro o 64 avos de pulgada, seguido de la letra V, o sea, 6 V, 10 V o 15 V.
Zaranda de malla cuadrada. Las zarandas de malla cuadrada se especifican por el n�mero de aberturas que contiene una pulgada cuadrada, considerado los dos lados del �rea, tales como 3 x 14, 18 x 18, etc.
Zaranda de malla rectangular. Las zarandas de malla rectangular se especifican en forma similar a la cuadrada, considerando el n�mero de aberturas contenidas en una pulgada cuadrada, considerando los dos lados del �rea, tales como 4 x 12; 3 x 21; 6 x 60, etc. Las mallas rectangulares se instalan de tal forma que el largo de la malla coincida con la direcci�n del movimiento de la masa de granos.
b) El sistema de vibraci�n. El sistema de vibraci�n se utiliza para hacer oscilar las zarandas, con lo que el producto se pone en contacto con los orificios, se facilita la separaci�n y se propicia un deslizamiento del producto sobre las zarandas. El sistema de vibraci�n debe poseer dispositivos capaces de modificar la amplitud y frecuencia de los movimientos oscilantes de las zarandas, de manera tal que la masa de granos, con formas y tama�os diferentes a la esf�rica, quedar� con los ejes longitudinales de los granos en forma perpendicular a la superficie. De esta manera, la zaranda al oscilar con movimientos precisos permitir� el paso de los granos de punta por los agujeros, como en el caso del arroz. En el caso de productos de forma esf�rica se recomienda una vibraci�n menor para permitir una mejor separaci�n. Las m�quinas que se utilizan para beneficiar productos con formas y tama�os diferentes, deben permitir el ajuste de la vibraci�n para cada tipo de producto (figura 17).
c) El limpiador de zarandas. Durante el funcionamiento de las m�quinas de limpieza de aire y zarandas, es com�n que se presente la obstrucci�n de los orificios de las zarandas por granos o impurezas. Esto dificulta la separaci�n, reduciendo la eficiencia y el rendimiento de la m�quina. Para evitar estos problemas se utilizan algunos dispositivos que son capaces de limpiar los orificios de las zarandas. Los dispositivos m�s utilizados son:
Figura 17. Separaci�n de los granos en la zaranda.
i) Bolas de goma o hule. Constituyen uno de los dispositivos m�s utilizados, debido a su bajo costo y buen desempe�o y a que no exigen gran mantenimiento. Las bolas de goma se colocan, en n�mero que var�a de 3 a 5 en los compartimientos debajo de las zarandas, de forma tal que al moverse golpean contra la superficie inferior como consecuencia de la vibraci�n de las zarandas (figura 18).
Figura 18. Esquema del limpiador de zarandas a base de bolas de goma.
ii) Cepillos o escobillas. El uso de cepillos o escobillas de limpiara tambi�n est� muy difundido. Consiste en instalar cepillos sobre carros m�viles que se deslizan de un extremo a otro, debajo de las zarandas. Los cepillos se instalan sobre el carro de tal forma que puedan barrer la superficie inferior de la zaranda, removiendo las part�culas que est�n obstruyendo los orificios. Los cepillos tienen el inconveniente de exigir cuidados en su mantenimiento y regulaci�n (figura 19).
Figura 19. Esquema del limpiador de zarandas a base de cepillos.
iii) Martillos. Los martillos normalmente se utilizan junto con los cepillos. Las semillas que obstruyen los orificios y no son eliminadas con los cepillos, se liberan con la vibraci�n de los golpes del martillo bajo las zarandas. El movimiento de los martillos se logra con la vibraci�n de la propia zaranda (Figura 20).
Figura 20. Esquema del limpiador de zarandas con martillo.
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