GRADO NUTRICIÓN HUMANA Y DIETÉTICA

ASIGNATURA: TECNOLOGÍA ALIMENTARIA I

TEMA 4Operaciones de mezclado

1. Introducción 2. Agitadores para líquidos de viscosidad pequeña o moderada

2.1. Agitadores de palas2.2. Agitadores de turbina2.3. Agitadores de hélice

3. Mezcladoras para pastas muy viscosas y sólidos plásticos3.1. Mezcladores de artesa3.2. Mezcladoras de cubeta horizontal3.3. Mezcladoras contínuas para pastas

1. INTRODUCCIÓNLas operaciones de mezcla en la industria alimentaria son de muchos tipos. Implican fases sólidas, líquidas y gaseosas. Los mezcladores pueden c1asificarse de acuerdo con las fases implicadas en el proceso. Dos son las definiciones corrientes de la operación de mezcla:‐ Una operación en la que se interdispensan en el espacio dos o más componentes.‐ Una operación que tiende a suprimir la heterogeneidad en las propiedades (color, temperatura, composición, etc.) de los productos a granel.Independientemente de cual sea el objetivo final perseguido, lo que se pretende con la mezcla es conseguir una distribución uniforme de los componentes por medio del flujo, que generalmente se produce por procedimientos mecánicos.El grado de uniformidad alcanzable varía ampliamente. Si se trata de líquidos miscibles, o sólidos y líquidos en los que son solubles, es posible obtener mezclas muy íntimas. Si se trata de líquidos viscosos cuyas densidades sean muy distintas la mezcla es más difícil. Lo mismo ocurre si la cantidad de uno de los componentes es muy pequeña en relación con la del otro. Con productos en forma de pasta y polvos secos, el grado de uniformidad esperable es inferior.En el diseño de un mezclador es esencial asegurar un input de energía adecuado y un buen sistema mecánico de transferirla, pero también lo es prestar la debida atención a la configuración del recipiente ya las propiedades físicas de los componentes.En la industria alimentaria, la carga introducida en el mezclador puede estar constituida por líquidos poco viscosos, pastas muy viscosas o sólidos pulverulentos.

2. AGITADORES PARA LÍQUIDOS DE VISCOSIDAD PEQUEÑA O MODERADAEl tipo de mezcladora más utilizada para líquidos de viscosidad pequeña o moderada es el de agitador de aspas. Consiste en una o más aspas, fijas a un eje giratorio que crea corrientes en el líquido. Estas corrientes deben recorrer todo el recipiente de

mezcla. No es suficiente con que circule el líquido, hay que crear condiciones de flujo turbulento.

2.1. AGITADORES DE PALASEn su forma más sencilla, un agitador de palas consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio (Figura 1a). Normalmente, el eje se sitúa en el centro del tanque y gira a velocidades de 20‐150 r.p.m. El flujo de líquido tiene una componente radial grande en el plano de la pala y también una gran componente rotacional. El flujo vertical es escaso. Con frecuencia, se utilizan contrapalas para reducir la formación de remolinosCon líquidos más viscosos se pueden utilizar agitadores de reja (Figura 1b). Con frecuencia se utilizan palas diseñadas de forma que limpien las paredes del tanque (agitadores de ancla) a fin de promover la transmisión de calor y minimizar la formación de depósitos en los tanques con camisa (Figura 1c).Cuando se requiere promover una cizalladura intensa y localizada, se pueden utilizar palas de múltiples componentes, rotando unos en sentido opuesto a los otros (Figura 1d).Los agitadores de pala son de construcción relativamente fácil y pueden recubrirse con diversos materiales resistentes a la corrosión. Los agitadores de pala sencillos producen una acción de mezcla suave que es con frecuencia la conveniente para el trabajo con materiales cristalinos frágiles. Son útiles para operaciones de simple mezcla, como por ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos.

Figura 1. Diferentes tipos de agitadores de palas

2.2. AGITADORES DE TURBINALos agitadores de turbina están constituidos por un componente impulsor con más de cuatro hojas, montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje rotatorio (Figura 2).

Figura 2. Diferentes tipos de agitadores de turbina

En general, son más pequeñas que las palas, miden del 30% al 50% del diámetro del tanque y giran a velocidades de 30 a 500 r.p.m. Como en los de palas, el eje suele estar montado en el centro del tanque. El agitador de turbina de hojas rectas sencillas produce fuertes corrientes radiales y rotatorias. Normalmente se utilizan también contrapalas para evitar los remolinos. La velocidad del líquido es relativamente grande y las corrientes recorren todo el tanque de mezcla. Cerca del elemento impulsor, se producen turbulencias y cizallamientos elevados. Los agitadores de turbina se pueden utilizar para procesar numerosos materiales. La turbulencia y cizalla producidas cerca del elemento impulsor las hace útiles para la premezcla de emulsiones.

2.3. AGITADORES DE HÉLICEPoseen elementos impulsores de hojas cortas y giran a gran velocidad, de 500 a varios millares de r.p.m. Las corrientes que generan son principalmente longitudinales y rotatorias y son muy persistentes por lo que estos agitadores, relativamente pequeños, son efectivos en tanques bastante grandes si se están utilizando para mezclar líquidos poco viscosos. Debido a la naturaleza predominantemente longitudinal de las corrientes de flujo, las hélices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales situados en el centro del depósito de mezcla. Por ello, se suelen montar descentradas, con el eje formando un ángulo respecto de la vertical.Los agitadores de hélice son muy eficaces para la mezcla de líquidos poco viscosos. Como las hojas de la hélice cortan y cizallan el material, se pueden utilizar para dispersar sólidos y para preparar emulsiones.

3. MEZCLADORAS PARA PASTAS MUY VISCOSAS Y SÓLIDOS PLÁSTICOSLa mezcla de materiales muy viscosos es un proceso muy corriente en la industria alimentaria y requiere el uso de diversos y variados aparatos. Los productos para los que se usan estos aparatos poseen propiedades físicas muy distintas y, en muchos casos, estas propiedades varían durante la operación de mezcla. Una complicación

adicional es la derivada del hecho de que, en muchas de las operaciones llamadas de mezcla, llevadas a cabo en estos aparatos, pueden perseguirse objetivos adicionales a la simple producción de una mezcla uniforme. Puede, por ejemplo, perseguir la obtención de ciertas características físicas como ocurre en el trabajo de las masas de panadería. Muchos de los aparatos de mezcla se diseñan para aplicaciones específicas.Un principio general aplicable a las mezcladoras de materiales viscosos o pastas es que exigen el contacto directo entre los elementos mezcladores y los componentes de la mezcla en depósitos diseñados para un elevado input energético para una cantidad reducida de producto. El material a mezclar tiene que ser desplazado a la zona de acción, si no, los elementos mezcladores tendrán que recorrer todo el volumen del depósito de mezcla. Las acciones locales responsables de la mezcla son complejas. Se describen como amasado (durante el cual los materiales se comprimen contra los adyacentes o contra las paredes del depósito) y envolvimiento (durante el cual, el material que acaba de ingresar en el sistema se ve rodeado por los productos ya mezclados). El producto sufre una acción cizallante localizada y frecuentemente se estira y se rompe, bajo la acción de los dispositivos mezcladores.

3.1. MEZCLADORES DE ARTESASon de dos tipos. En las de artesa estacionaria (Figura 4a), en la que los elementos de mezcla se mueven a lo largo de una trayectoria planetaria llegando, con ello, a todas las partes del recipiente de mezcla que es estacionario. En las de recipiente giratorio, el tanque de mezcla se monta sobre una mesa que gira (Figura 4b). Los elementos mezcladores también giran, pero en una posición fija y situados cerca de la pared del tanque. El diseño de los elementos de mezcla varía según el fin concreto a que se destinen.

Figura 4. Mezcladoras de artesa

Son muy frecuentes los elementos de tipo placa sencilla, cuya forma general se adapta al contorno del tanque de mezcla. También se utilizan mucho elementos con forma de

tridente. Para inducir un movimiento vertical y la acción de mezcla deseada, las hojas suelen estar dobladas. En la Figura 5 se muestran otros diseños de elementos típicos.

Figura 5. Algunos elementos de mezcla especiales usados en mezcladoras de artesa

3.2. MEZCLADORAS DE CUBETA HORIZONTALEstán compuestas por un par de hojas pesadas que giran sobre un eje horizontal dentro de una cubeta cuyo fondo tiene forma de silla de montar. Las hojas que constituyen los elementos de mezcla giran, una contra otra. Las sustancias a mezclar son arrastradas hacia el fondo, sobre la cima de la silla de montar, y amasadas y cizalladas entre las hojas, las paredes del recipiente y el fondo. En general, giran a velocidades diferentes y pueden estar accionadas independiente o conjuntamente. Aunque las hojas pueden tener diseños variados, la forma más corriente es la de una Z o una sigma (Figura 6). El recipiente de mezcla puede ser abierto o cerrado, y puede estar dotado de una camisa de refrigeración para el control de la temperatura y, en general, es basculante para facilitar su descarga.

Figura 6. Mezcladora de hoja en Z

3.3. MEZCLADORAS CONTINUAS PARA PASTASPara amasar y mezclar en continuo materiales viscosos se utilizan dispositivos muy diversos. Una forma común de hacerlo consiste en forzar el producto a través de una serie de obstrucciones (placas perforadas, rejillas de alambre, parrillas, etc.), por medio de un transportador de tornillo. El transportador gira en cubetas o barriles cilíndricos muy poco separado de las paredes del recipiente. Los productos son amasados y cizallados entre los tornillos y las paredes, y sometidos a una acción mecánica adicional, al ser forzados a través de las obstrucciones. Ejemplos típicos de este principio son los aparatos utilizados en la fabricación de mantequilla y margarina.