ETAPAS Y EQUIPOS DEL PROCESO

 

El proceso de trilla de arroz comprende siete etapas: prelimpieza, secado, limpieza, descascarado, separación neumática, separación densimétrica, blanqueo, clasificación.

ETAPA 1 : Prelimpieza.

La prelimpieza se realiza con anterioridad al secamiento y almacenamiento, esta tiene por objeto remover las impurezas grandes, algo de grano partido, de polvo e impurezas livianas; como generalmente la prelimpieza se efectúa "en línea" con el recibo de grano, es necesario que su capacidad sea suficiente para que no afecte la velocidad de recibo.

Un emparrillado sobre la tolva de recepción es el sistema más simple de prelimpieza y permite separar materia extraña de tamaño grande, piedras, etc., que pueden causar deterioros en los equipos; para hacer una separación un poco más efectiva con frecuencia se colocan sobre las parrillas "mallas" del tipo utilizado en la construcción de jaulas para gallina, con aberturas de 2.5*2.5 cms ; normalmente es necesario extender con la ayuda de rastrillos el grano sobre la malla, operación que al mismo tiempo permite remover las cabuyas e impurezas retenidas.

La prelimpieza mecanizada de grano, generalmente se hace con máquinas de malla de alambre, en forma de cilindro o de malla sinfin, que se combina con una corriente de aire graduable para "aspirar" el grano. El "scalperator" de Carter y la "Atlas" de EMC son representativas de este tipo de prelimpiadoras. El "scalperator" máquina de la cual existen múltiples versiones, pero desarrollada originalmente por "Carter" cerca a 1920, consiste esencialmente de una jaula de alambre, con un tejido de diferente separación según el tipo de grano, que tiene en su interior unos deflectores curvos; el grano atraviesa la malla, que retiene en su exterior la paja y materiales gruesos, los deflectores retardan el flujo de grano y mejoran la limpieza, las impurezas son descargadas en una segunda jaula que recupera parte de los granos que pueda haber rechazado la primera. Antes de su descarga, el grano se aspira mediante una corriente de aire graduable que permite separar impurezas livianas, polvo y grano vano. La máquina Atlas utiliza una malla de tipo sinfin ; el grano la atraviesa y las impurezas retenidas en su exterior, son transportadas por la banda hasta el otro extremo donde se descargan. El grano en su salida se somete a una fuerte corriente de aspiración regulable, la decantación del polvo y grano vano se hace con ciclones externos.

ETAPA 2 : Secado.

La humedad de un grano es el factor más importante de controlar para que un grano pueda conservarse adecuadamente. La actividad biológica depende principalmente del contenido de humedad. Para que se presente la germinación, se necesita gran cantidad de agua que produce transformaciones químicas importantes en el interior del grano.

El arroz generalmente es cosechado con un contenido de humedad del 20 al 24% y debe ser almacenado con una humedad inferior al 13%, esto debido a que se pueden presentar serias pérdidas por la fermentación debida a la acción del calor y la humedad encerrada en el grano, presencia de roedores e insectos.

El arroz es un grano delicado de secar; pocos minutos de tratamiento mal ejecutado pueden dañar los esfuerzos y cuidados de 4 o 5 meses de cultivo. El calor que se aplica al grano aumenta la presión de vapor de su humedad interna y la hace migrar hacia su superficie, donde en forma gaseosa se combina con el aire. Como el traslado de la humedad del interior del grano es más lento que la evaporación de la superficie, se establece dentro del grano un gradiente de humedad; la temperatura aplicada al exterior tampoco se transmite inmediatamente al interior y se establece otro gradiente, esta vez de temperatura, que junto con la humedad, debe conservarse dentro de niveles controlados para evitar las fisuras que se producen por la naturaleza frágil del arroz.

Las diversas variedades de arroz pueden tener comportamientos diferentes durante su secado. Por ejemplo experimentos hechos en los Estados Unidos han mostrado que la variedad "Blue Rose" se seca más rápidamente que la "Blue Bonner" en iguales condiciones.

Durante el proceso de secado el volumen del arroz se reduce apreciablemente. En la tabla 1 se indica la reducción de volumen que sufre el arroz al secarse hasta 12%.

Tabla 1. Reducción de volumen en arroz secado a 12% de humedad.

Humedad Inicial 17% 20% 25%
Reducción del Volumen 3.8% 6.5% 11.5%

Fuente : Almacenamiento y secamiento de granos en Colombia y América tropical, Alvaro Castillo 1978.

Casi la totalidad de las secadoras usadas comercialmente, utilizan como medio desecante una corriente de aire que transporta calor y atraviesa una capa de grano removiendo humedad durante su paso. Para generar la corriente de aire se utilizan ventiladores de tipo axial o centrífugo.

El calor para efectuar la evaporación de la humedad, se genera normalmente por medio de quemadores de combustibles fósiles, principalmente ACPM, Fuel oil o gas natural.

Es recomendable que los quemadores utilizados en secado de granos, cuenten con controles automáticos, que además de mantener constante la temperatura del aire de secado, mantengas una adecuada relación entre el aire y el combustible para conseguir una combustión eficiente. El uso de quemadores rudimentarios puede producir contaminación en los granos, llegando aún a recubrirlos con una película grasosa, como sucedió hace algunos años con frijol caraota exportado a un país centroamericano y cuyo color negro disfrazó inicialmente la contaminación pero no pudo evitar las dificultades y reclamos posteriores.

Entre los sistemas de secamiento de arroz los de mayor difusión son:

Secamiento en Patios.

Procedimiento rudimentario y de rendimientos bajos, se requieren más de 70 m2 para secar una tonelada de arroz, extendida sobre un patio de cemento y expuesta directamente a la acción del sol, en días claros.

Si el secamiento se realiza a la sombra, se disminuye notoriamente la cantidad de grano partido, como lo indican los resultados de experimentos hechos en Camboya anotados en la tabla 2, pero el tiempo necesario se hace superior a 7 días.

Tabla 2. Grano partido en diferentes sistemas de secado.

Variable Porcentaje.
Sombra 8.3%
Sol directo 42.6%
Bajo Tela Metálica 7.4%
Bajo Papel Negro. 15.4%

Fuente : Almacenamiento y secamiento de granos en Colombia y América tropical, Alvaro Castillo 1978.

El secamiento en patios requiere bastante mano de obra para manejar volúmenes de alguna importancia y la calidad promedio se demerita bastante con el pisoteo, el arrastre y las temperaturas variables a que se ve sometido el grano.

Secado con Aire Frío.

Es un sistema recomendable para granjas pequeñas y cuya aplicación se limita por condiciones ambientales de temperatura y humedad. Se utiliza un ventilador para soplar aire por debajo de la mesa de granos. El recipiente puede construirse en ladrillo, con un fondo falso perforado, de malla fina o lámina perforada.

El paso del aire produce un enfriamiento en el aire por capas, que va "ascendiendo" lentamente por toda la masa. Este "frente" de enfriamiento es seguido varios días, o semanas, después por un "frente" de secamiento. Sin importar el volumen de aire utilizado el enfriamiento y secamiento siempre avanza por capas. La rata de aire normalmente utilizada es de 2.5 a 3 CFM/Bushell de arroz (2 a 2.4 m3/min/m3 ). En consecuencia una batería de 5 silos para 350 "bultos"cada una, (21 tons) requiere aproximadamente 15.500 CFM y un motor de 15 HP para mover el ventilador, con espesor de grano de aproximadamente 1.2 mts.

El principal inconveniente del sistema es el tiempo de secamiento necesario, que dependiendo de las condiciones ambientales de la temperatura inicial del arroz y del grosor de la capa de grano, puede variar entre una semana y dos o tres meses, en sitios muy húmedos es posible que no se pueda terminar el secamiento y se desarrollan hongos con su secuela de toxinos y deterioro de calidad.

El aumento del espesor del grano incrementa la resistencia ejercida al paso del aire y exige un aumento, más proporcional, en el tamaño de los ventiladores y el consumo de potencia, prolongando además, en algunos casos, el tiempo de secamiento en tal forma que permite también el desarrollo de hongos en las parte aún húmedas del grano.

Secado en Silos con Aire Caliente.

Se utilizan estructuras similares a las descritas anteriormente. El uso de aire precalentado permite que en casi todas las condiciones climáticas se pueda efectuar secamiento sin peligro de rehumedecimiento. El secamiento del paddy se lleva a cabo con aire calentado entre 40oC y 50oC, el cual se inyecta a presión a través del paddy con la ayuda de ventiladores (radiales y radiales – axiales) o, en ocasiones se aspira también en el caso de secamiento en torres.

Secamiento en Torre.

Se remueve la humedad al atravesar con aire caliente una mesa de grano colocada dentro de una columna. El secamiento puede ser estacionario o de flujo continuo.

Las secadoras de torre se dividen en dos tipos principales, según los granos se mezclan o no durante su descenso; las no mezcladoras utilizan columnas o cilindros concéntricos de malla perforada donde se deposita el grano. El ancho de la columna del grano determina el gradiente de temperatura y humedad al terminar el proceso. El grano del lado caliente (interno) de la columna se reseca, mientras el del lado frío queda un poco húmedo. Normalmente el espesor es inferior a 30 cms el gradiente de humedad aumenta apreciablemente cuando se utilizan espesores mayores.

Las secadoras de tipo mezclador utilizan generalmente caballetes internos con forma de V invertida, para mezclar el grano e introducir y remover el aire. Con relación al volumen de aire y al tiempo de retención o de exposición a la acción del aire caliente, las secadoras no mezcladoras utilizan un volumen de aire que oscila entre 70 y 100 CFM/Bushell y tiempos de retención cortos, que producen una velocidad de remoción de humedad más alta que las máquinas mezcladoras cuyo volumen de aire no es superior a 50 CFM/Bushell ( 40 m3/min/m3).

Las secadoras de flujo continuo se utilizan en instalaciones grandes, con sistemas de mecanización completos, elevadores y transportadores, limpiadoras, etc. Sus operarios deben tener una mayor capacidad técnica que los de instalaciones más simples, su ubicación debe planearse en forma cuidadosa por técnicos experimentados.

Para conseguir un mejor rendimiento de arroz entero, la remoción de humedad debe efectuarse gradualmente, pasando el grano varias veces por la torre permitiendo que después de cada "paso" el grano "repose" por períodos convenientes. El secamiento por " pasos" busca disminuir el tiempo neto de secado y prevenir la rotura y "grifamiento" de los granos, causado por extracción de humedad muy rápida, más de 3 o 4 puntos por hora. Durante los períodos de reposo se homogeneiza la humedad interna, disipando las tensiones que aumentan las roturas ; la eficiencia térmica mejora, pues cada " paso" sucesivo se inicia, después del reposo, con humedad superficial que permite una rápida evaporación inicial.

El número de "pasos" influye apreciablemente en el rendimiento total de una determinada secadora. 10 toneladas de arroz seco en 5 pasos de secado, se pueden reducir a 7 con 3 pasos y a 4 toneladas por hora, o menos, si se pretende secar el grano en un sólo paso.

ETAPA 3 : Limpieza.

Al salir el grano de la secadora es recibido por un elevador de cangilones y llevado a una limpiadora para reducir las impurezas desde un promedio de 3% hasta 1% a 1.5%.

En esta etapa un sistema de alimentación de placa o rodillo reparte el grano sobre una criba receptora con perforaciones grandes, que retiene las impurezas y permite el paso del grano a la criba principal, de perforaciones más finas, un poco más gruesas que el arroz, de modo que el grano vaya cayendo mientras que la impurezas medianas pasan por encima de la criba. El grano cae sobre una tercera criba o criba arenera, de perforaciones más finas que el arroz y sólo deja pasar arena y semillas finas, en tanto que el arroz como sobrante, llega a la salida.

La entrada y salida del grano es fuertemente aspirada mediante el exhaustor de manera que la máquina pueda trabajas libremente de polvo, de las partículas ligeras y de los granos vacíos, etc. La fuerza de aire es ajustable y por una trompa de peso para que los vacíos y las partículas de polvo puedan caer en el espacio de expansión y sean conducidas lateralmente fuera de la máquina mientras las impurezas más pesadas se decantan en cámaras internas. El equipo usado en esta etapa es una limpiadora del tipo de zaranda oscilante.

ETAPA 4 : Descascarado.

Después de limpiar el grano sigue la etapa de descascarado, que se realiza en una descascaradora de rodillos la cual consta de dos cilindros de hierro con igual diámetro, con una cubierta de goma de unos 25 mm de espesor, giran en diferente sentido de rotación, una en contra de otro, mientras que los soportes del árbol de uno de los cilindros están flojos, los soportes del otro son móviles y puede graduarse mediante un volante manual para que el resquicio entre los rodillos sea más estrecho o más ancho. Para cambiarlos con facilidad los cilindros están fijos en los rines de los árboles. El número de revoluciones del cilindro impulsado, oscila entre 800-1.000 por minuto y la velocidad de la circunferencia es aproximadamente de 10 m/seg.

El cilindro contrario corre un poco más de prisa por lo cual se consigue el efecto descascarador en el arroz crudo que pasa. En el caso de que fuera igual el número de revoluciones de los dos cilindros, el arroz sólo sería aplastado y no descascarado. La afluencia es ajustada por medio de una trompa, y un rodillo de alimentación.

ETAPA 5 : Separación Neumática.

En esta etapa se realizan dos operaciones, pues el arroz que sale de la descascaradora es una mezcla de granos (arroz carmelita), cáscaras, partido y harina de descascarado. Primero, en una zaranda clasificadora se colecta la harina del descascarado y se separa el partido. En la figura 1 se muestra el corte de una zaranda clasificadora con dos juegos superpuestos de tamices

Figura 1. Zaranda de Pica.

(láminas metálicas perforadas). El arroz y la cáscara pasan por encima del tamiz superior con perforaciones de 2.5 - 2.7 mm de diámetro, mientras que el partido y la harina de descascarar caen el tamiz colado debajo. Este sólo tiene perforaciones redondas de 1.25 - 1.75 mm de manera que el partido sale como sobrante y cae el salvado del descascarado.

La segunda operación consiste en extraer las cáscaras de su mezcla con el arroz, proveniente del tamiz clasificador. Ella pasa por una separadora de cáscara. Esta trabaja generalmente sobre el principio de cascada, con exhaustor acoplado. Fig 2.

La mezcla de arroz descascarado pasa en forma de velo sobre las cascadas (1) y es aspirado entonces por la corriente de aire producido por el exhaustor (2). Las cáscaras, que son mucho más ligeras que los granos, son atraídas por la corriente y sopladas por la tubería (3) al interior de un ciclón de cámara de cáscaras, o bien al aire libre. La fuerza de la corriente de aire puede regularse mediante la corredera (4). Además, la corredera de aire falso (5) ofrece otra posibilidad para el ajuste de la corriente de aire. Manipulando correctamente estas correderas se consigue una separación limpia de las cáscaras sueltas de los granos.

Por medio de la subdivisión de la cámara de aspiración se puede limpiar por separado los granos quebrados que salen de la criba mezclados con finas partes de las cáscaras. Este compartimiento posee su propia corredera, de manera que, de acuerdo con la cantidad del género a elaborar también puede regularse con exactitud la fuerza del aire. Los granos pequeños o ventilados atraídos por el aire, caen por dentro del espacio de expansión (6) y salen de la máquina a través de una trompa tipo teclado.

Figura 2. Cicloaventadora.

El separador de cáscara y la zaranda clasificadora pueden colocarse como máquina sueltas o también, en una armazón común, como máquina combinada.

ETAPA 6 : Separación Densimétrica.

El arroz descascarado proveniente del separador de cáscara puede contener, según el grado de descascarado, aún el 5-20% de paddy (granos no descascarados). Para separar estos granos restantes no descascarados, de los descascarados, se usa con el mayor éxito la separadora paddy.

Esta máquina consiste en lo esencial, de la artesa de alimentación, la mesa clasificadora, con cámaras y canales de descarga, y el soporte con el mecanismo de impulsión.

El arroz es conducido a la artesa de alimentación y de allí, a través de conductos correspondientes, a las cámaras respectivas, donde se efectúa la clasificación entre arroz descascarado y no descascarado. Los productos salen de la máquina figuras 3 y 4 separadamente, por dos canales de descarga. Se designa por : (1) los granos descascarados (para la primera blanqueadora), y por (2) el paddy (devuelto hacia la descascaradora).

Figura 3. Separadora.

Mediante una excéntrica, la mesa separadora obtiene un movimiento de vaivén limitado. La velocidad del árbol es exactamente ajustable, bien por medio de poleas cónicas (en los modelos más antiguos), o bien mediante un variador ajustable sin escalonamiento (incorporado en los modelos más modernos). Además, puede moverse alrededor de su eje longitudinal. El fondo de las cámaras es de chapa de acero pulido, con intenso brillo, y las paredes están hechas con chapas de acero dispuestas en forma de zig-zag.

En cantidad predeterminada el arroz llega a las cámaras y flota allí sobre el fondo pulido. A causa del movimiento de vaivén es arrojado contra las paredes de la cámara y desde allí rebota de pared a pared, dando una curva (figura 8). Estas curvas de tiro del arroz descascarado son distintas del no descascarado, lo que se explica por el diferente peso específico. Por este procedimiento y con ayuda de la inclinación de la mesa, el arroz descascarado, específicamente más pesado, y el no descascarado, más ligero, son transportados en dos direcciones opuestas y, de acuerdo con eso salen de la máquina por separado.

ETAPA 7 : Blanqueo.

El arroz descascarado tiene generalmente un color gris morado o rojo, por eso da la impresión de estar sucio y tiene un aspecto poco atractivo. Para convertirlo al estado mercantil hay que quitarle todavía una fina película grasienta que encierra la pepita blanca.

Figura 4. Cámaras de la Separadora.

Con este objeto el arroz es conducido desde la seleccionadora de paddy junto con los granos quebrados provenientes de la zaranda, a la pulidora. El arroz es pulido (blanqueado) de una a tres veces hasta que tenga aspecto limpio, vidrioso y blanco.

El procedimiento de pulido es el siguiente : el arroz integral proveniente de la separadora de paddy o mesa densimétrica llega a la tolva y por medio del reglaje de alimentación es distribuido al cono blanqueador, cae sobre el tronco metálico y éste por fuerza centrífuga hace que se coloque sobre la parte abrasiva del cono. El arroz comienza a girar con el cono pero los frenos lo detienen en su giro y hacen que la superficie abrasiva lo blanquee mientras cae sobre la carcaza en su parte inferior. El arroz blanco es llevado por las barrederas hacia el orificio de salida.

Mientras el arroz es blanqueado por la parte abrasiva del cono, la partícula grasosa que lo envuelve sale despedida por el recinto cónico perforado y choca contra la parte interior de la carcaza para luego ser barrido por los raspadores que lo llevan hasta la zona de evacuación de harinas con el fin de sacarlo de la máquina.

ETAPA 8 : Clasificación.

Una vez que el grano se han pulido pasa a una criba rotativa para obtener una separación exacta de los granos enteros y de los quebrados. Siempre se dará el caso de que los granos enteros se pongan de cabeza y caigan por los agujeros y junto con los granos quebrados ; sin embargo, utilizando perforaciones más finas, resultará que una parte de los granos quebrados pasa por encima de la criba junto con el arroz entero. Además cambia el efecto de clasificación en las cribas, esto al principio es apenas perceptible pero luego sigue aumentando.

La criba plana rotativa es combinada con una caja purificadora, por la cual, en conexión con un aspirador de aire, se aspira la harina y eventualmente partículas de cascarilla y cuerpos similares. Por la primera criba cae la sémola, por la segunda los granos quebrados finos y medianos que van al cilindro clasificador, mientras que el arroz entero junto con los granos quebrados gruesos salen por encima de la criba.

Los granos finos y medianos que salen de la criba pasan a ser clasificados en el cilindro clasificador que tiene en la extensión interna las cavidades en forma de bolsas. En el árbol general, al centro de la clasificadora, están colocados un sinfín y la cuna cogedora. Esta última, sin embargo, está fija, lo que quiere decir que es ajustable y no toma parte en los movimientos del cilindro. El arroz entra pasando al revestimiento giratorio y, a lo largo del circuito interno, se desliza en sentido de rotación. El grano pequeño y otros similares, se asientan en las cavidades y en ellas son retenidas por la fuerza centrífuga, hasta que la gravedad de los granos sobre pase la fuerza centrífuga y los deje caer.

La cuna acogedora ajustable tiene que ser montada de manera que pueda recoger los granos seleccionados, éstos son luego transportados hasta la salida por medio del sinfín. Los granos mayores, que no pueden asentarse en las cavidades, corren por las hendiduras de salida del revestimiento, hacia la compresa de salida.

El cilindro clasificador está montado horizontalmente, o sea sin grado de inclinación. Los diámetros iguales son de 500, 600 y 700 mm. La velocidad periférica es de 1.3 m/seg correspondiente al número de 50, 42 y 36 revoluciones por minuto.